Capitolul 11

  • Published on
    05-Aug-2015

  • View
    177

  • Download
    2

Transcript

CAPITOLUL 11

BOLILE MONOGENICEBolile monogenice sunt afeciuni produse de mutaii ale unei singure gene; aceste mutaii se transmit n succesiunea generaiilor dup tipul mendelian: autosomal dominant, autosomal recesiv sau legat de X. De aceea, bolile monogenice mai sunt numite boli mendeliene1 i sunt repertoriate n catalogul Mendelian Inheritance of Man (MIM), editat de Profesorul Victor McKusick (ultima ediie, a 12-a, a fost tiprit n 1998); vesiunea Online OMIM este actualizat continuu i accesibil n ntreaga lume (vezi caseta 5.4). OMIM cuprinde circa 14.000 de fenotipuri i gene, dintre care aproximativ 10.000 de intrri corespund unor boli monogenice. Bolile monogenice reprezint una dintre categoriile majore ale bolilor genetice, att prin numr i frecven, ct i prin consecinele importante asupra morbiditii i mortalitii, mai ales la copil.Majoritatea bolilor monogenice devin manifeste clinic n perioada neonatal sau n copilrie. Doar aproximativ 10% din bolile monogenice cunoscute debuteaz clinic dup pubertate i doar aproximativ 1% dintre ele dup sfritul perioadei reproductive.

Dei cele mai multe dintre aceste boli sunt rare, luate mpreun ele realizeaz o pondere important n cadrul morbiditii i mortalitii la copii. Frecvena global a bolilor monogenice la copii este de circa 2-3%, iar ponderea lor printre cauzelor de spitalizare este de circa 6-8%. Atunci cnd se cunoate defectul primar al unei boli monogenice, adic mutaia la nivel genic, precum i consecinele la nivelul proteinei codificate, se utilizeaz termenul de boal molecular. In prezent cel puin 1500 de boli monogenice pot fi ncadrate n aceast categorie a bolilor moleculare, iar cercetrile n curs de desfurare vor permite, fr ndoial, descifrarea bazelor moleculare ale tuturor bolilor monogenice. Studiul bolilor moleculare a produs o adevrat revoluie n medicin. El permite o reclasificare a bolilor n funcie de mutaiile cauzatoare i mecanismele patogenice. Aceast aciune dublat de posibilitatea unui diagnostic molecular, deseori prenatal sau presimptomatic are consecine majore pentru asigurarea unui sfat genetic mai precis, sau pentru selecia celor mai adecvate metode de tratament. Elucidarea bazelor moleculare ale bolilor monogenice este ns util nu numai pentru abordarea specific a acestor afeciuni, ci i pentru descifrarea mecanismelor moleculare care asigur desfurarea proceselor biologice normale i, implicit, funcionarea adecvat a organismului uman. Se poate afirma c am intrat ntr-o nou etap a dezvoltrii medicinii, denumit pe drept cuvnt medicin molecular (vezi capitolul 1.D.3). De aceea, prezentarea unor date generale despre bazele moleculare i biochimice ale bolilor monogenice, ca model pentru bazele moleculare ale tuturor bolilor umane, este nu numai benefic dar i necesar. A.1

BAZELE MOLECULARE I BIOCHIMICE ALE BOLILOR MONOGENICE.

Caracteristicile generale i criteriile de transmitere ale fiecreia dintre aceste subgrupe de boli au fost prezentate n capitolul 5

2 Medicina molecular ncearc s explice mecanismele prin care anumit modificare genetic determin un fenotip clinic particular. In capitolul 6 au fost prezentate natura i mecanismele de producere a mutaiilor; acest subcapitol este concentrat mai ales asupra nelegerii consecinelor pe care mutaiile le pot avea asupra cantitii i funciilor unui produs genic i asupra explicrii cauzelor pentru care aceste modificri sunt sau nu patogenice asupra unei anumite celule, aflat ntr-un stadiu particular de dezvoltare. Se pot deosebi patru categorii de efecte ale mutaiilor asupra funciilor proteinelor codificate: mutaii cu pierderea functiei, mutaii cu ctig de functie, mutaii cu dobndirea unei funcii noi i mutaii care conduc la expresia anormal temporal (expresie heterocronic) sau spaial (expresie ectopic) a unei proteine.O clasificare mai puin utilizat n prezent mparte alelele mutante n: alele nule sau amorfe (care nu produc nici o protein), alele hipomorfe (care produc o cantitate redus de protein sau o protein cu activitate sczut), alele hipermorfe (care codific o cantitatea crescut de protein sau o protein cu activitate accentuat), alele neomorfe (care codific proteine cu o activitate nou) i alele antimorfe (care antagonizeaz activitatea alelei normale).

Trebuie precizat c nu exist o asociere preferenial ntre unele gene i una din categoriile de mutaii prezentate mai sus. Ca urmare, una i aceeai gen poate suferi att mutaii cu pierderea funciei ct i mutaii cu ctig de funcie, iar consecinele acestor mutaii se pot exprima prin producerea unor boli diferite.Un asemenea exemplu este acela al mutaiilor genei RET. Aceast gen codific un receptor transmembranar pentru factorul de cretere neuronal derivat din celulele gliale (GDNF). Diferite mutaii cu pierderea funciei proteinei RET au ca rezultat producerea bolii Hirschsprung (OMIM 142623), caracterizat prin absena neuronilor postganglionari enterici care conduce la megacolon congenital i constipaie cronic. Alte mutaii specifice au ns ca efect ctig de funcie, determinnd o reactivitate exagerat a receptorului fa de ligand sau chiar activarea sa n absena GDNF. Aceste mutaii au ca rezultat boli genetice diferite precum carcinoamele tiroidiene medulare familiale sau neoplaziile endocrine multiple tip 2. Exist n sfrit unele mutaii cu sens greit care pot determina apariia simultan a acestor boli, ceea ce sugereaz ca aceeai mutaie poate avea efecte diferite n esuturi diferite.

Multe boli monogenice asociaz o variabilitate clinic considerabil, chiar n interiorul aceleiai familii n care membrii afectai sunt purttori ai aceleiai mutaii. Acest fapt sugereaz intervenia altor gene nealele, care modific fenotipul clinic (gene modificatoare), sau a unor factori din mediul nconjurtor.Un exemplu de gen modificatoare este cel al genei PLA2G2A care codific fosfolipaza A2. Diferite variante alelice ale acestei gene modific numrul polipilor adenomatoi dezvoltai la indivizii cu polipoza adenomatoas familial (FAP OMIM 175100). O alt gen modificatoare, localizat pe cromosomul 19q13.2-13.4, poate influena severitatea manifestrilor clinice n fibroza chistic (OMIM 219700).

1. MUTAII CU PIERDEREA FUNCIEI.Pierderea funciei proteinei codificate de o gen mutant reprezint cea mai frecvent modalitate prin care o modificare genetic produce o boal. Exist numeroase tipuri de mutaii care pot reduce sau aboli funcia unui produs genic (vezi capitolul 6.B.1). Acestea pot fi: deleii sau inserii ce produc schimbarea cadrului de lectur (frameshift), mutaii nonsens care determin sinteza unei proteine trunchiate, mutaii cu sens greit (missens) ce substituie un aminoacid esenial pentru activitatea proteinei, mutaii la nivelul regiunilor reglatoare ale gene.; Uneori se pot produce chiar modificri epigenetice, cum ar fi de exemplu atenuarea activitii genice prin hipermetilarea (i deci inactivarea) regiunii promotor. Mutaiile cu pierderea funciei tind s se asocieze, n general, cu o transmitere recesiv, deoarece la indivizii heterozigoi (Na) alela normal este capabil s asigure singur o cantitate suficient de protein funcional i, de cele mai multe ori, organismul funcioneaz normal doar

3 cu 50% din nivelul de activitate genic. Exist ns unele mutaii genice, relativ puine la numr, pentru care o reducere cu 50% a nivelului de activitate determin apariia unui fenotip anormal. Asemenea situaii, desemnate prin termenul de haploinsuficien, sunt ntlnite n special atunci cnd proteina codificat este necesar n cantiti mari (celulele funcioneaz n mod normal la nivelul maxim de transcripie).Un exemplu este cel al genei pentru elastin ale crei mutaii sunt implicate n producerea stenozei aortice supravalvulare (OMIM 185500). La indivizii heterozigoi pentru asemenea mutaii, majoritatea esuturilor bogate n elastin (tegumente, plmni, vase sanguine) funcioneaz normal, dar aorta supravalvular va suferi un proces de stenozare progresiv care poate necesita corecia chirurgical.

Mutaiile asociate cu un fenomen de haploinsuficien tind s se transmit dominant i asociaz un grad crescut de expresivitate variabil. In cazul proteinelor care funcioneaz ca dimeri (homo- sau heterodimeri) sau n cadrul unor compleze multimerice, mutaiile cu pierderea funciei pot avea drept consecin nu numai alterarea activitii polipeptidului respectiv dar i a celui produs de alela normal sau chiar de gene nealelice.Printre exemplele cele mai cunoscute n aceast categorie sunt mutaiile genelor pentru colagen care vor fi discutate n subcapitolul urmtor. Colagenul fibrilar, componenta major a esutului conjunctiv, este organizat sub forma unor lanuri polipeptidice triplu helicoidale, fie homotrimerice, fie heterotrimerice. Un polipeptid anormal care va forma un triplu helix cu dou polipetide normale va conduce la alterarea activitii ntregului complex; ca urmare, astfel de mutaii pot reduce semnificativ sub 50% cantitatea de colagen funcional.

In aceste cazuri se consider c mutaiile au efecte dominant negative: se pstreaz capacitatea de sintez a unei proteine funcionale dar cu activitate anormal. Mutaiile dominant negative vor avea n general consecine fenotipice mai severe dect alte mutaii ale acelorai gene care abolesc complet activitatea ei (mutaii nule) i se transmit dup un model dominant simplu (figura 11.1). Efectele fenotipice ale mutaiilor cu pierderea funciei depind n mare msur de gradul de pierdere a funciei i deci de nivelul activitii reziduale a produsului genic. De exemplu, multe substituii aminoacidice pot avea un efect foarte redus asupra funciei proteice, dei altele pot aboli complet funcia normal. Mutaiile cu pierderea funciei pot s intereseze una sau ambele alele. In a doua situaie, indivizii sunt afectai dar mutaiile celor dou alele pot fi adeseori diferite realiznd statusul de heterozigoi compui. Dac ambele mutaii determin pierderea funciei, dar n proportii diferite, alel care are efectul cel mai puin sever va dicta nivelul de activitate rezidual i implicit severitatea manifestrilor clinice. Se poate realiza astfel o recesivitate gradual n care severitatea fenotipului clinic depinde de nivelul activitii rezidualeUn exemplu este cel al mutaiilor care afecteaz gena pentru hipoxantin-guanin-fosforibozil transferaz (HPRT) de pe cromosomul X. Nivelul de activitatea rezidual este bine corelat cu fenotipul clinic al brbailor purttori ai mutaiei. Astfel, mutaiile care permit o meninere a nivelului activitii enzimatice de peste 60% nu determin nici o simtomatologie clinic, mutaiile ce reduc nivelul activitii enzimatice la 1,68% determin gut, o reducere la 1,4-1,6% asociaz coreoatetoza i automutilare, n timp ce mutaiile ce reduc activitatea enzimatic sub 1,4% determin manifestri clinice de sindrom Lesch-Nyhan clasic (OMIM 308000): coreoatetoza, automutilare i retard mintal.

2. MUTAII CU CTIG DE FUNCIEMutaiile pot altera fenotipul clinic nu numai prin reducerea sau pierderea funciei, dar i prin accentuarea funciei unor proteine. Acest efect se poate produce fie prin creterea nivelului de sintez a proteinei, fie prin intensificrea funciei proteinei normale. Mutaiile care cresc nivelul de expresie al unei gene i, ca urmare, cantitatea de protein funcional sintetizat, sunt relativ rare. Modul lor de transmitere este dominant. Cea mai frecvent situaie este aceea a duplicaiei unor gene, precum gena DAX de pe cromosomul X (care determin inversiune sexual prin efect de dozaj la indivizi 46,XY OMIM 300018) sau

4 duplicaia genei pentru mielina periferic PMP22 implicat n producerea sindromului Charcot-Marie-Tooth tip 1A (degenerescena nervoas periferic OMIM 118220).Asemenea mutaii care conduc la creterea nivelului unei proteine normale pot fi considerate i baza molecular a multora dintre trsturile fenotipice n cadrul trisomiilor cromosomice. In plus, acest mecanism este frecvent implicat la nivel somatic, n cadrul fenomenelor de amplificare genic ntlnite n celulele tumorale.

Mutaiile care amplific funcia normal a unei proteine sunt relativ frecvente printre bolile monogenice cu transmitere dominant. Astfel, hemoglobina Kempsey (substituia Asp99Asn la nivelul lanului beta OMIM 141900.0146) se caracterizeaz printr-o accentuare a afinitii pentru oxigen i, ca urmare, o reducere a nivelului de eliberare a acestuia la nivelul esuturilor periferice. Un alt exemplu este cel al acondroplaziei (OMIM 100800), boal caracterizat prin hipostatur disproporionat, n care substituia unui singur aminoacid n structura FGFR3 (receptorul tip 3 pentru factorul de cretere a fibroblatilor) determin o activare permanent a acestui receptor, chiar n absena ligandului. Recunoaterea bolilor genetice produse prin mutaii cu ctig de funcie este foarte important deoarece tratamentul acestora difer n mod esenial de cel al bolilor produse prin mutaii cu pierderea funciei. In plus, mutaiile cu ctig de funcie permit adeseori nelegerea la nivel fundamental a mecanismelor de reglare a expresiei genice sau a bazelor moleculare ale funciei proteinei.

3. MUTAII CU DOBNDIREA UNEI FUNCII NOIIntr-un numr mic de boli, modificarea unui singur aminoacid din structura unei proteine poate determina dobndirea unei caliti noi, fr ca funcia proteinei s s fie n mod obligatoriu modificat. Un exemplu ilustrativ l reprezint alela Pittsburg a alfa1-antitripsinei (substituia Met358Arg OMIM 107400.0026). n mod normal alfa1-antitripsina inhib elastaza; n schimb, alela mutant Pittsburg nu mai este activ asupra elastazei dar are capacitatea de a aciona asupra trombinei, producnd o tulburare letal de coagulare. Un alt exemplu de mutaie cu dobndirea unei funcii noi l reprezint, n oarecare msur, sicklemia (OMIM 603903). Hemoglobina S i pstreaz afinitatea normal fa de oxigen, dar n condiiile scderii presiunii pariale a oxigenului, precipit determinnd deformarean secer a eritrocitelor (vezi capitolul 4.B.3).Cel mai frecvent mecanism care conduce la apariia unor funcii noi este ntlnit la nivel somatic, prin remanieri cromosomice care unesc poriuni funcionale ale unor gene diferite. Asemenea reasocieri ale exonilor au avut probabil o importan deosebit n cursul evoluiei, permind apariia unor funcii noi. Cea mai frecvent consecin a unor asemenea rearanjamente somatice este ns dezvoltarea unor neoplazii.

4. MUTAII ASOCIATE CU EXPRESIA HETEROCRONIC SAU ECTOPICExpresia multor gene este astfel controlat nct s aib loc ntr-un moment bine determinat al dezvoltrii ontogenetice i n anumite esuturi. Unele mutaii, localizate la nivelul regiunilor reglatoare ale genelor, determin expresia anormal din punct de vedere temporal sau spaial a unor gene. Exist ns relativ puine boli monogenice produse prin asemenea mutaii. Un exemplu sugestiv l reprezint persistena ereditar a hemoglobinei fetale (OMIM 141749), n care mutaii n regiunile reglatoare ale genelor pentru hemoglobin determin expresia la adult a hemoglobinei gamma, sintetizat n mod normal numai n viaa fetal i n perioada neonatal.Asemenea mutaii apar ns mult mai frecvent n cadrul cancerelor. Aa cum va fi prezentat n capitolul 17, protooncogenele sunt gene care promoveaz proliferarea celular normal n cursul perioadei de dezvoltare embrionar. Expresia acestor gene n celulele somatice adulte are drept consecin proliferarea celular necontrolat, care va conduce la dezvoltarea neoplaziilor.

5

B. BOLI MOLECULAREAa cum s-a precizat la nceputul acestui capitol, bolile monogenice pentru care sunt descifrate mecanismele moleculare i biochimice sunt denumite i boli moleculare. Clasificrile bolilor moleculare sunt dificile avnd n vedere complexitatea mecanismelor patogenice care stau la baza lor. De aceea, o clasificare simpl, dar util, mparte bolile moleculare n funcie de clasa din care face parte proteina mutant. Proteinele pot fi clasificate n primul rnd dup modul lor de expresie n: proteine "de ntreinere sau menajere" (housekeeping) prezente la nivelul tuturor esuturilor, cu rol fundamental n meninerea structurii i funciilor celulare; la om circa 10.000 15.000 de gene codific asemenea proteine housekeeping, care vor reprezenta circa 90% din cantitatea proteinelor oricrei celule; proteine specializate prezente numai n anumite esuturi, avnd rol n determinarea caracteristicilor fiecrui esut difereniat; proteinele specializate reprezint circa 10% din proteinele celulare Aceast clasificare nu este absolut deoarece unele proteine housekeeping pot fi exprimate la nivele mai mari n anumite esuturi. In general, datorit rolului lor major n activitatea tuturor celulelor i esuturilor, mutaiile genelor housekeeping sunt incompatibile cu supravieuirea i vor fi rareori ntlnite drept cauz a unor boli genetice. In unele cazuri ns mutaiile unor asemenea gene pot determina boli care se manifest clinic la nivelul acelor esuturi n care proteina respectiv este exprimat la un nivel maxim. Mutaiile genelor care codific proteine specializate tind s afecteze n mod particular esutul n care acea protein este exprimat. Uneori ns pot fi afectate secundar i alte esuturi sau organe sau, n mod paradoxal, pot s fie evidente clinic numai simptome la nivelul unor organe n care proteina mutant nu este exprimat. Proteinele pot fi clasificate de asemenea, n funcie de activitatea lor, n cteva clase majore: enzime, proteine implicate n transport, proteine structurale, proteine implicate n controlul homeostaziei, proteine implicate n comunicarea intracelular i proteine implicate n controlul dezvoltrii i diferenierii. Delimitarea acestor clase de proteine nu este ntotdeuna facil ntruct multe proteine pot fi implicate adeseori n mai multe activiti prin intermediul domeniilor lor funcionale diferite. Considerm ns util o prezentare schematic a unor date generale privind bolile moleculare produse prin mutaii ale unor asemenea clase de proteine, exemplificate prin intermediul unor afeciuni cu impact clinic deosebit, prin frecven sau severitatea manifestrilor clinice.

1. BOLI ENZIMATICE (ERORI NNSCUTE DE METABOLISM)Toate procesele metabolice celulare sunt catalizate de ctre enzime. Mutaiile care modific eficiena acestor proteine vor perturba adeseori metabolismul celular pn la un nivel care determin apariia bolii. Primele boli enzimatice (alcaptonuria, albinismul, cistinuria i pentozuria) au fost descrise (1902-1908) de ctre Archibald Garrod, care a demonstrat c aceste enzimopatii sunt transmise ereditar n concordan cu legile lui Mendel; astfel, Garrod a introdus mendelismul n medicin i a formulat conceptul de erori nscute de metabolism. De atunci au fost descrise peste 350 de boli enzimatice. Cele mai multe dintre ele sunt rare, dar luate mpreun ele dein o pondere

6 important n morbiditatea i mortalitatea atribuite bolilor genetice (dup estimrile mai vechi, bolile metabolice ar reprezenta 10% din bolile monogenice la copii i ar avea o frecven cumulat de 1/2500 nou-nscui; foarte probabil acestea sunt subestimri ale fenomenului real, datorit dificultilor de diagnostic). Majoritatea bolilor enzimatice sunt determinate de mutaii cu pierderea funciei i, ca urmare, sunt transmise recesiv, autosomal sau legat de X. Numai indivizii care sunt purttori a dou alele mutante (homozigoi sau heterozigoi compui) vor fi afectai. La heterozigoi (Na), dei alela mutant produce o protein cu activitate enzimatic redus sau chiar absent, fenotipul lor nu este alterat deoarece ei vor avea, datorit alelei normale, cel puin 50% din activitatea enzimatic pstrat. De fapt multe enzime pot s menin n condiii obinuite un nivel normal al reaciei catalizate chiar i la concentraii de aproximativ 10% din cele normale (de exemplu hexozaminidaza A). Deficiena enzimatic produce un bloc metabolic (figura 11.2) care poate avea urmtoarele consecine: acumularea (stocarea) substratului (precursorilor); atunci cnd substratul care se acumuleaz este o molecul mic, uor difuzabil, precum fenilalanina, ea poate s fie redistribuit uor n ntregul organism i, ca urmare, manifestrile clinice pot fi adeseori sistemice; dimpotriv, atunci cnd substratul este o macromolecul, acesta va rmne la nivelul esutului respectiv i va determina n special manifestri clinice localizate; devierea cii metabolice i sinteza unor produi toxici; deficitul unui produs de reacie (final sau intermediar) sau o combinaie deficit i acumulare; lipsa controlului feed-back datorit absenei produsului final. Deficite unor enzime diferite care intervin ns n aceeai cale metabolic pot produce manifestri clinice asemntoare (de exemplu, mucopolizaharidozele). Pe de alt parte, deficitul parial sau deficitul complet al aceleiai enzime poate determina boli diferite (vezi exemplul HPRT amintit anterior). Toate cile metabolice pot fi afectate prin deficiene enzimatice. Cititorul interesat va gsi informaii exhaustive n tratatul The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease (Scriver CR et al., ed. 8, 2001), n care bolile metabolice sunt grupate pe metabolisme; tabelul 11.1 sintetizeaz principalele categorii de boli metabolice, exemplificate cu cele mai frecvente i cunoscute afeciuni. Informaii suplimentare preioase se gsesc i n capitolul Boli genetice de metabolism (Paula Grigorescu-Sido) din Tratatul de Pediatrie (ed. E. Ciofu, Carmen Ciofu, 2001) sau se pot obine prin accesarea OMIM. n ceea ce urmeaz vom prezenta sintetic doar cteva dintre cele mai frecvente enzimopatii. Tabelul 11.1. Exemple de boli genetice produse prin deficite enzimaticeEnzima GenaLocalizare cromosomic

Boala Galactozemia clasic Intolerana ereditar la fructoz Fructozuria Hipolactazia adultului Diabetul MODY (maturity onset diabet of youth) Glicogenoza tip Ia (von Gierke) Glicogenoza tip II (Pompe) Glicogenoza tip IIIa (Cori) Glicogenoza tip IV (Anderson) Glicogenoza tip V (McArdle)

OMIM 230400 229600 229800 223100 606321 232200 232300 232400 232500 232600

Boli ale metabolismului carbohidrailor Galactozo-1-fosfat uridil transferaza GALT Fructozo 1,6-bifosfat aldolaza ALDOB Fructokinaza KHK Lactaza LCT Glucokinaza GCK Glucoza-6-fosfataza Alfa-glicozidaza acid Amilo-1,6-glucozidaza Enzima de ramificare a glicogenului Fosforilaza muscular G6PC GAA AGL GBE1 PYGM

9p13 9q13-q32 2p23 2q21 7p13 17q21 17q25.2 1p21 3p12 11q13

7Enzima GenaLocalizare cromosomic

Boala Fenilcetonuria Tirozinemia tip 1 Homocistinuria Albinismul oculocutanat Citrulinemia clasic

OMIM 261600 276700 236200 203100 215700 607008 201460 201470 300322 102700 203500 251000 606054 176000 176100 176200 143500 252800 272800 230800 257200 301500 115500 266500 266150 208800 201910 107400

Boli ale metabolismului aminoacizilor Fenilalanin hidroxilaza PAH Fumarilacetoacetat hidrolaza FAH Cistation beta-sintetaza CBS Tirozinaza TYR Argininosuccinat sintetaza ASS Boli ale metabolismului lipidic Acil CoA dehidrogenaza lanuri medii ACADM Acil CoA dehidrogenaza lanuri lungi ACADL Acil CoA dehidrogenaza lanuri scurte ACADS Boli ale metabolismului purinic i pirimidinic Hipoxantin guanin fosforiboziltransferaza HPRT1 Adenozin deaminaza ADA

12q24.1 15q23-q25 21q22.3 11q14-q21 9q34

1p31 MCAD 2q34-q35 LCAD 12q22qter SCAD Xq26-q27.2 Sindromul Lesch-Nyhan 20q13.11 Imunodeficiena combinat sever Alcaptonuria Acidemia metilmalonic Acidemia propionic Porfiria acut intermitent Porfiria cutanea tarda Porfiria variegata Sindromul Gilbert Boala Hurler-Scheie Boala Tay-Sachs Boala Gaucher tip 1 Boala Niemann-Pick Boala Fabry Acatalazemia Boala Refsum Sindromul Leigh Ataxia cu acidoz lactic tip I Hiperplazia adrenalian congenital Deficitul de alfa-1 antitripsina

Boli ale metabolismului acizilor organici Homogentizic acid oxidaza HGD 3q21-q23 Metilmalonil-CoA mutaza MUT 6p21 Propionil-CoA carboxilaza PCCA 13q32 Boli ale metabolismului porfirinelor i hemului Porfobilinogen deaminaza PBGD 11q23.3 Uroporfirinogen decarboxilaza UROD 1p34 Protoporfirinogen oxidaza PPOX 1q22 UDP-glucuronozil transferaza UGT1A1 2q37 Boli ale enzimelor lizozomale Alfa-L-iduronidaza IDUA 4p16.3 Beta-hexozaminidaza izoenzima A HEXA 15q23-q24 Beta-glucozidaza acid GBA 1q21 Sfingomielinaza acid ASM 11p15.4 Alfa-galactozidaza A GLA Xq22 Boli ale enzimelor peroxizomale Catalaza CAT 11p13 Fitanoil CoA hidroxilaza PAHX 10p11.2 Tulburari n productia de energie Piruvat carboxilaza PC 11q13.4 Piruvat decarboxilaza PDH Xp22.1 Boli ale enzimelor implicate n sinteza hormonilor CYP21A2 6p21.3 21-hidroxilaza Defecte ale enzimelor extracelulare PI Alfa-1 antitripsina 14q32.1

1.1 GALACTOZEMIA Definiie. Galactozemia (OMIM 230400) este o boal autosomal recesiv determinat de mutaii ale genei care codific galactozo-1-fosfat uridil transferaza (GAL-1-P uridil transferaza). Inciden. Forma clasic de galactozemie este cea mai frecvent boal monogenic care intereseaz metabolismul carbohidrailor, afectnd 1/48.000 nou-nscui. Manifestrile clinice apar la sugar, odat cu alimentaia lactat, i constau n incapacitatea de hrnire, hepatomegalie cu insuficien hepatic, tulburri neurologice, cataract i ntrzierea dezvoltrii neuromotorii. Pe termen ndelungat afeciunea determin retard n cretere, retard mintal, ciroz hepatic macronodular i insuficien ovarian la femei. Genetic. Galactozemia se transmite autosomal recesiv. Gena GALT este alctuit din 11

8 exoni, dar peste 70% din mutaiile cauzatoare ale acestei boli la caucazieni sunt reprezentate de o singur mutaie punctiform la nivelul exonului 6, care determin substituia unei glutamine cu arginina (Q188R). Indivizii homozigoi pentru aceast mutaie au o activitate enzimatic de circa 10%, ceea ce afecteaz capacitatea de conversie a galactozei n glucoz. Galactozemia poate fi determinat, de asemenea, de mutaii ale genelor care codific galactokinaza i uridin difosfat galactozo-4-epimeraza (UDP-galactozo-4-epimeraza). Deficiena galactokinazei asociaz dezvoltarea cataractei, dar nu determin retardul creterii, retard mintal sau afectare hepatic. Deficiena UDP-galactozo-4-epimerazei poate fi limitat numai la nivelul eritrocitelor i leucocitelor i n acest caz nu determin manifestri clinice, sau poate fi sistemic i determin manifestri clinice similare galactozemiei clasice. Patogenie. Deficitul enzimatic de galactozo-1-fosfat uridil transferaza duce la acumularea galactozo-1-fosfatului i galactiolului (figura 11.3).; primul metabolit este toxic pentru ficat, creier i rinichi iar cel de al doilea se depune n cristalin Diagnosticul se bazeaz pe datele clinice i examenele de laborator care relev galactozurie, valori crescute ale galactozei serice i mai ales activitatea redus a galactozo-1fosfat uridil transferazei plasmatice. In prezent este larg utilizat screening-ul neonatal pentru aceast afeciune, realizat prin msurarea activitii plasmatice a galactozo-1-fosfat uridil transferazei ntr-o pictur uscat de snge. Identificarea precoce permite instituirea precoce a tratamentului dietetic care const n mare n eliminarea aportului de galactoz. Este posibil i diagnosticul prenatal. Tratamentul dietetic prin reducerea aportului alimentar de galactoz permite prevenirea substanial a morbiditii asociate efectelor acute induse de metaboliii galactozei. Cu toate acestea, tratamentul dietetic nu influeneaz instalarea disfunciei cerebrale i a insuficienei ovariene. Prognosticul este rezervat i variabil la diferii pacieni. 1.2. FENILCETONURIA Definiie. Fenilcetonuria (OMIM 261600) este o boal autosomal recesiv a metabolismului fenilalaninei determinat de mutaii ale genei PAH (localizat pe cromosomul 12q24.1) care codific fenilalanin hidroxilaza, enzima ce transform fenilalanina n tirozin. Incidena fenilcetonuriei este de circa 1/15.000 nou-nscuti n populaia caucazian. Manifestrile clinice se instaleaz, de obicei, dup primul trimestru de via; nou-nscutul este indemn din punct de vedere clinic, cu excepia pigmentaiei cutanate reduse asociat cu pr blond i ochi albatri (toate aceste semne fiind determinate de deficitul de tirozin, un precursor al melaninei). Boala se manifest prin tulburri neurologice, retard somatic i retard mintal; la aceste fenomene se mai pot aduga mirosul particular al urinii (de oarece sau de hambar) i o dermatit cronic descuamativ. Genetic. Gena pentru PAH a fost izolat n 1986, iar studiile ulterioare au evideniat mare heterogenitate alelic la indivizii bolnavi. Astfel, au fost descrise peste 400 de mutaii, dar majoritatea lor sunt foarte rare. ase dintre aceste mutaii sunt ns responsabile pentru circa dou treimi din cazurile de fenilcetonurie n populaia european. Datorit multitudinii acestor mutaii, cei mai muli dintre bolnavi sunt heterozigoi compui i aceasta determin o diversitate larg a nivelelor reziduale ale activitii enzimatice. Patogenie. Deficitul PAH determin incapacitatea de transformare a fenilalaninei n tirozin i acumularea n organism a fenilalaninei i ai unor metabolii ai acesteia (acidul fenilpiruvic, fenillactic etc (figura 11.4) care determin leziuni ale sistemului nervos central n primii ani de copilrie. Excluderea fenilalaninei din alimentaie previne apariia acestor manifestri. Aproximativ o treime din pacienii cu hiperfenilalaninemie nu prezint mutaii la

9 nivelul PAH, ci ale unor enzime implicate n metabolismul tetrahidrobiopterinei (BH4), un cofactor al PAH. Aceste enzime sunt: pterin-4-alfa-carbinolamin dehidraza (PCD), dihidropteridin reductaza (DHPR), guanozin trifosfat ciclohidraza (GTP-CH) i 6piruvoiltetrahidropterin sintetaza (6-PTS) vezi figura 11.4. In cazul acestor pacieni, restricia aportului alimentar de fenilalanina nu este eficient n evitarea problemelor neurologice, deoarece BH4 este cofactor pentru alte dou enzime: tirozin-hidroxilaza i triptofan-hidroxilaza care intervin n sinteza unor neurotransmittori monoaminci precum DOPA, norepinefrina, epinefrina i serotonina. Ca urmare, la aceti pacieni este necesar suplimentarea cu L-DOPA i 5hidroxitriptofan. Diagnosticul de certitudine se stabilete pe baza urmtoarelor criterii: fenilalanina plasmatic mai mare de 20 mg/dl; eliminare urinar crescut de acid fenil-piruvic i orto-hidroxifenil acetic; tirozina plasmatic normal; valoare normal a tetrahidrobiopterinei. Este important ca diagnosticul s se precizeze la nou-nscut, naintea apariiei semnelor clinice, deoarece dieta restrictiv n fenilalanina previne instalarea acestora i asigur o dezvoltare somatic i neuropsihic normal. n acest scop, n majoritatea rilor se efectueaz screening-ul bolii, n materniti, dup primele 3 zile de via (interval n care copilul a primit fenilalanina, prin alimentaia lactat), folosind testul Gthrie (bazat pe inhibiia creterii coloniilor de bacil subtilis de ctre fenilalanina din snge); testul pozitiv impune evaluarea complet a pacientului, pentru precizarea diagnosticului. Diagnosticul diferenial trebuie s exclud alte cauze de hiperfenilalaninemie la nou-nscut sau n cazul nedorit al unui diagnostic stabilit tardiv alte cauze de encefalopatie cu spasticitate sau sindrom convulsiv i retard mental. Tratamentul este dietetic, avnd ca obiectiv reducerea aportului de fenilalanina la minimum necesar pentru asigurarea dezvoltrii organismului, n aa fel, nct fenilalanina plasmatic s se menin la valori ntre 2-10 mg/dl (preferabil < 6 mg/dl). Momentul iniierii este ct mai precoce, n prima lun de via, cel mai trziu n primul trimestru, iar durata este indefinit. Prognosticul. Dac diagnosticul se face la natere i tratamentul dietetic este bine condus prognosticul este bun, indivizii afectai avnd o via cvasi-normal. Femeile cu fenilcetonurie pot da ns natere unor copii cu retard mental i microcefalie (encefalopatia fenilpiruvic) dac prezint valori nalte ale fenilalaninei plasmatice. De aceea se recomand ca nainte i n cursul sarcinii, dieta s fie strict supravegheat, n aa fel nct fenilalanina plasmatic s fie < 10 mg/dl (preferabil < 6 mg/dl). 1.3. BOLILE LIZOZOMALE Bolile lizozomale sunt cauzate de deficitul unor enzime (hidrolaze) sau a altor proteine lizozomale funcionale, care determin acumularea substratului nemetabolizat n lizozomi, la nivelul sistemului nervos central, viscerelor sau miocardului. Au fost descrise pn n prezent peste 40 de boli lizozomale, care realizeaz mpreun o frecven de 1/5.000 1/10.000 nou-nscui. n funcie de substratul metabolic acumulat, ele se grupeaz n mai multe categorii, cele mai importante sunt sfingolipidozele, mucopolizaharidozele i mucolipidoze. a. Sfingolipidozele constau n acumularea sfingolipidelor neutre i gangliozidelor sau a unor produi de metabolism ai acestora, predominant la nivelul substanei albe (leucodistrofiile) sau a substanei cenuii (gangliozidozele) din SNC, mai rar n alte esuturi. De aceea majoritatea sfingolipidozelor determin suferin neurologic, secundar acumulrii substratului nemetabolizat. Principalele tipuri de sfingolipidoze sunt: boala Gaucher (prin defict de glucozidaza), boala Fabry (prin deficit de -galactozidaz), gangliozidoza GM1 (prin deficit de galactozidaz), gangliozidoza GM2 (prin deficit de -hexozaminidaz A) sau boalaTay-Sachs,

10 boala Niemann-Pick (prin deficit de sfingomielinaz) i leucodistrofia metacromatic (prin deficit de arilsulfataza A). Boala Gaucher este cea mai frecvent boal lizozomal (1:50.000 nou-nscui), fiind produs de ctre deficitul de -glucozidaz, cauzat de o serie de mutaii la nivelul genei GBA, localizat pe cromozomului 1q21. n funcie de severitatea deficitului enzimatic, vrsta de debut, prezena sau absena suferinei neurologice i evoluie se descriu trei tipuri de boal Gaucher: tipul I (forma cronic, adult sau nonneuronopatic), tipul II (infantil, neuronopatic acut) i tipul III (juvenil, neuronopatic subacut). Boala se manifest prin: splenomegalie i hepatomegalie impresionant; osteopatia, tradus pe plan clinic prin dureri (crizele osoase) i fracturi mai ales la nivelul oaselor membrelor, corpilor vertebrelor toracice i pelvisului; simptome secundare de pancitopenie (sindromul anemic i sindromul hemoragipar); suferin neurologic (n tipul II i III). Testele specifice sunt: activitatea redus a -glucozidazei n leucocite i prezena mutaiei genice (analiza ADN)2. Boala Gaucher tipul I beneficiaz de tratament substitutiv enzimatic cronic, cu enzim (imingluceraza) obinut prin tehnologia ADN-ului recombinant. b. Mucopolizaharidozele (MPZ) sunt boli cu evoluie progresiv, cauzate de acumularea intralizozomal n exces a mucopolizaharidelor acide, consecutiv deficitului unor enzime lizozomale. Mucopolizaharidele acide (glicozaminoglicanii) se leag de obicei de proteine, cu care formeaz proteoglicanii, constituieni majori ale substanei de baz a esutului conjunctiv. n funcie de defectul enzimatic se deosebesc mai multe tipuri de MPZ, diferite prin defectul enzimatic; cele mai frecvente sunt tipul I (sindromul Hurler); tipul II (sindromul Hunter); tipul III (sindromul Sanfilippo), tipul IV (sindromul Morquio). Simptomele i semenele ntlnite n MPZ pot fi cauzate de acumularea tisular de glicozaminoglicani (trsturi infiltrate ale feei, tegumente ngroate, opacifierea corneei i hepato-spleno-cardiomegalie), deficitul funciilor celulare (retardul mintal, deficitul de cretere, displazia osoas) sau de interferena dintre glicozaminoglicanii acumulai i colagen sau fibronectin (osteoartropatia cu anchiloza n flexie, herniile). c. Mucolipidozele se prezint sub 4 tipuri: sialidoza (prin deficit de glicoproteinsialidaz), mucolipidoza tip II (boala ci celule I, secundar deficitului de N-acetil-glucozaminofosfotransferaz), mucolipidoza III (o form mai puin sever a aceluiai deficit enzimatic) i galactosialidoza. 1.4. BOLILE PERXIZOMALE Peroxizomii sunt organite subcelulare delimitate de o membran lipidic trilaminar, prezeni n toate celulele dar abundeni n ficat i rinichi. Matricea lor conine peste 40 de enzime implicate n reaciile de oxidare a acizilor grai i biosinteza colesterolului. Exist dou categorii principale de boli peroxizomale, produse fie de tulburri n biogeneza peroxizomilor (de exemplu, sindromul Zellweger, n care exist o reducere marcat a numrului de peroxizomi), fie prin deficiena unei anumite enzime peroxizomale (de exemplu, adrenoleucodistrofia, acatalazemia, boala Refsum). Sindromul Zellweger este o boal letal, transmis autosomal recesiv care n forma clasic se manifest prin: dismorfie cranio-facial (fontanele cu suturi larg deschise, occiput plat, hipertelorism, epicantus, anomalii ale pavilioanelor auriculare); disfuncie neurologic grav (hipotonie, surditate de percepie i cataract sau corioretinopatie, convulsii); retard psiho-motor, hepatosplenomegalie; icter colestatic (inconstant); chisturi renale i retard somatic. Evoluia este sever, cu deces n primul an de via.2

Primul Centru de Diagnostic al Bolilor Lizozomale din ar, nfiinat n anul 1997 la Cluj, a introdus recent diagnosticul enzimatic i diagnosticul molecular pentru boala Gaucher .

11 Adrenoleucodistrofia este cauzat de mutaia unei gene localizate pe cromozomul X (Xq 28), care determin sinteza unei proteine peroxizomale ALDP implicat n metabolismul acizilor grai saturai cu lan foarte lung. Boala se transmite recesiv legat de X i debuteaz deobicei dup vrsta de 10 ani, prin scderea performanelor colare, tulburri de comportament, convulsii i insuficien corticosuprarenal; se produce apoi pierderea progresiv a vederii, a vorbirii i demen. Suferina neurologic sever, caracteristic bolii, este expresia unui proces progresiv de demielinizare cerebral, determinat de efectul citotoxic al acizilor grai saturai, cu lan foarte lung. Diagnosticul este confirmat prin demonstrarea valorilor crescute ale acizilor grai cu lan foarte lung n plasm sau fibroblati.

2. BOLI PRODUSE PRIN ANOMALII ALE PROTEINELOR DE TRANSPORT.Deplasarea eficient a moleculelor spre interiorul celulelor, ntre diversele lor compartimente, precum i ntre celule necesit adeseori intervenia unor macromolecule care mediaz transportul lor. Circa o treime din totalul proteinelor care intr n structura diverselor membrane (ale celulelor sau ale diverselor organite) sunt implicate n procese de transport. La aceste procese particip ns i unele proteine citoplasmatice sau proteine din spaiul extracelular. 1. Proteinele de transport transmembranare pot fi clasificate n patru clase, primele dou fiind implicate ndifuziunea facilitat, iar ultimele dou n transportul activ: Proteinele de transport tip canal realizeaz pori care permit unor molecule mici, ce corespund ca dimensiune i ncrcare electric, s traverseze membrana respectiv. Astfel, aquaporinele permit moleculelor de ap s strbat membrana mult mai rapid dect acestea o pot realiza prin stratul fosfolipidic iar canalele ionice mediaz pasajul ionilor prin membrane. Canalele ionice sunt caracterizate prin trei proprieti: a) transportul realizat este extrem de rapid; b) sunt adeseori nalt selective pentru o anumit specie de ioni (fiind astfel clasificate n canale de sodiu, potasiu, clor, calciu sau canale cationice); c) majoritatea canalelor nu sunt permanent deschise, deschiderea lor fiind reglat fie prin legarea tranzitorie a unor liganzi (precum neurotransmitatori sau alte molecule de semnalizare canale ligand dependente), fie ca rspuns la schimbarea potenialului electric de-a lungul membranei (canale voltaj dependente). Majoritatea canalelor ionice sunt alctuite din oligomeri ai unor subuniti alfa identice sau omologe care formeaz porii, alturi de subunitti beta i uneori gamma care sunt implicate n reglarea funciei lor. In genomul uman exist circa 260 de gene care codific diverse subuniti ale canalelor ionice. Proteinele de transport tip cru leag specific anumite moleculele la nivelul unei fee a membranei i apoi sufer o modificare conformational care permite moleculei s strbat membrana i s fie eliberat pe faa opus. Asemenea proteine sunt implicate n transportul glucidelor, aminoacizilor, nucleozidelor etc. Exist trei forme de transport mediat de proteinele cru: uniport (transportul unei singure molecule prin difuziune facilitat), cotransport (transportul a dou sau mai multe specii de molecule n aceeai direcie) sau antiport (transportul a dou sau mai multe specii de molecule n direcii opuse). Ele nu utilizeaz nici o alt surs de energie n afara de energia chimio-osmotic. Cele mai importante pentru patologia uman sunt proteinele din familia SLC (solute carrier). n genomul uman exist 259 gene care codific proteine ce aparin acestei familii. Pompele ionice (precum pompa Na+ K+) utilizeaz energia obinut prin hidroliza ATP pentru deplasarea ionilor mpotriva unor gradiente de concentraie. Ele fac parte din familia transportorilor ATPazici, codificai n genomul uman de 251 de gene. Familia transportorilor ABC (ATP-binding cassette) este astfel denumit datorit prezenei unor domenii de legare a ATP, nalt conservate. Au fost identificate circa 50 de gene umane care codific asemenea proteine. 2. Proteinele de transport intracitoplasmatice sunt implicate n procese precum transportul oxigenului (hemoglobina), transportul asociat microtubulilor (dineina, dinactina, i kinezina) sau procesele de trafic ale structurilor membranare (clatrinele, miozinele, proteinele RAB i proteinele SNARE). 3. Proteinele de transport plasmatice asigur deplasarea a diveri compui ntre compartimentele organismului. Asa sunt apolipoproteinele, transtiretina, ceruloplasmina etc.

Toate aceste categorii de proteine implicate n transportul unor molecule pot suferi modificri

12 determinate de mutaii, ce produc boli monogenice (vezi tabelul 11.2). Mutaiile implicate n producerea unor boli ale proteinelor de transport pot determina fie pierdere de funcie, fie ctig de funcie. Mutaiile cu piederea funciei determin boli recesive, aa cum sunt fibroza chistic sau sindromul Bartter. In cazul proteinelor care formeaz complexe multimerice, acest tip de mutaii pot avea ns efecte dominant negative. Este interesant de observat c n funcie de prezena sau absena efectelor dominant negative, mutaii diferite la nivelul aceleiai gene pot determina fie boli recesive, fie boli dominante. Aa este de exemplu cazul mutaiilor genei CLCN1 (care codific canalul de clor de la nivelul muchilor scheletici): unele mutaii determin forma recesiv (tip Becker) de miotonie congenital, alte mutaii produc forma dominant (tip Thomsen). In plus, formele recesive de boal pot prezenta simptome calitativ noi fa de formele dominante; de exemplu, pacienii heterozigoi pentru mutaii dominant negative ale genei KCNQ1 (canalul de potasiu voltaj dependent tip 1) prezint sindrom QTlung cu aritmii cardiace severe (sindromul Romano-Ward), n timp ce mutaiile recesive, care determin pierderea complet a funciei, vor conduce la homozigoi la asocierea aritmiilor cu surditatea congenital (sindromul Jervell-Lange-Nielsen). Mutaiile cu ctig de funcie care vor produce de obicei boli transmise dominant. Un exemplu l constituie mutaiile subunitilor beta sau gamma ale canalului renal epitelial de sodiu (SCNN1B sau SCNN1G) implicate n producerea sindromului Liddle (pseudoaldosteronism). Avnd n vedere numrul foarte mare de boli genetice care pot fi produse prin anomalii ale proteinelor de transport trecere lor n revist depeste scopul acestui capitol; de aceea am realizat n tabelul 11.2 o sintez a principalelor categorii i tipuri mai frecvente de boli i ne vom limita n cele ce urmeaz doar la prezentarea unui exemplu ilustrativ fibroza chistic. Tabelul 11.2. Exemple de boli genetice produse prin mutaii ale unor proteine de transportProteina GenaLocalizare cromosomic

BoalaDiabetul insipid nefrogen Epilepsia generalizata cu crize comitiale febrile Paramiotonia congenitala Sindromul Brugada Pseudohipoaldosteronismul tip 1 Sindromul Liddle

OMIM

Boli prin mutaii ale unor proteine canal Aquaporina 2 AQP2 12q13 Subunitatea alfa a canalului de SCN1A 2q24 sodiu neuronal tip 1 Subunitatea alfa a canalului de SCN4A 17q23.1-q25.3 sodiu voltaj-dependent tip 4 Subunitatea alfa a canalului de SCN5A 3p21 sodiu voltaj-dependent tip 5 Subunitatea alfa a canalului de SCNN1A 12p13 sodiu nonvoltaj-dependent tip 1 Subunitatile beta/gamma ale SCNN1B 6p13-p12 canalului de sodiu nonvoltaj tip 1 SCNN1G 6p13-p12 Canalul de potasiu voltajKCNQ1 11p15.5 dependent, subfamilia KQT, membrul 1 Canal de potasiu, subfamilia J, KCNJ1 11q24 membrul 1 Canalde potasiu voltajKCNE3 11q13-q14 dependent, subfamilia ISK, membrul 3 Canal de calciu voltaj-dependent CACNA1S 1q32 tip L, subunitatea alfa-1S Canalul de clor tip 1 CLCN1 7q35 din muschii scheletici Canalul de clor tip 7 CLCN7 16p13

107777 182389 603967 600163 600228 6007606 00761 192500

Sindromul Romano-Ward (AD) Sindromul Jervell-Lange-Nielsen (AR) Sindromul Bartter 600359 Paralizia periodic 604433

Paralizia periodic hipokaliemic 114208 Miotonia Becker (AR) sau Thomsen (AD) Osteopetroza 118425 602727

13Proteina GenaLocalizare cromosomic

BoalaSindromul Fanconi-Bieckel Cistinuria Sferocitoza ereditar

OMIM

Boli prin mutaii ale proteinelor din familia SLC Transportorul de glucoza tip 2 SLC2A2 3q26.1-q26.3 Transportorul pentru cistina, SLC3A1 2p16.3 aminoacizi dibazici i neutri Schimbatorul de anioni SLC4A1 17q21-q22 tip 1/proteina banda 3 Cotransportorul sodiu-glucoza SLC5A1 22q13.1

227810 220100 182900 606824 274400 601295 263800 220150 157640 603471 201100 602481 601003 124200 602722 277900 309400 205400 248200 601847 237500 264800 177650 219700 300100 210250 210250 141900 244400 607641 604187 118210 607624 600882

Malabsorbia pentru glucoz/galactoz Cotransportor sodiu-iod SLC5A5 19p13.2-p12 Hipotiroidia congenitala Transportorul ileal pentru sodiu SLC10A2 13q33 Malabsorbia primar a acizilor i acizi biliari biliari Cotransportorul sodiu-clor SLC12A3 16q13 Sindromul Gitelman Transportorul de urati SLC22A12 11q13 Hipouricemia renal Transportor ADP/ATP SLC25A4 4q35 Oftalmoplegia extern progresiv mitocondrial cu deletii ale ADN mitocondrial Transportor de citrina SLC25A13 7q21.3 Citrulinemia tip II cu debut adult Transportor de zinc SLC39A4 8q24.3 Acrodermatita enteropatic Boli prin mutaii ale proteinelor din familia ATPaze-lor Transportor Na+-K+, ATP1A2 1q21-q23 Migrena familial hemiplegic subunitatea alfa 2 Transportor rapid de Ca2+ ATP2A1 16p12 Miopatia Brody Transportor lent de Ca2+ ATP2A2 12q23-q24.1 Boala Darier Transportor lizozomal de H+ ATP6V0A4 7q33-q34 Acidoza tubular renal distal AR Transportor de Cu2+, ATP7B 13q14.3-q21.1 Boala Wilson Polipeptid beta Transportor de Cu2+, ATP7A Xq12-q13 Boala Menkes Polipeptid alfa Boli prin mutaii ale unor proteine din familia ABC Proteina ABC, subfamilia A, ABCA1 9q22-q31 Boala Tangier membrul 1 Proteina ABC, subfamilia A, ABCA4 1p21-p13 Boala Stargardt membrul 4 Proteina ABC, subfamilia B, ABCB11 2q34 Colestaza familial progresiv membrul 11 intrahepatic tip 2 Proteina ABC, subfamilia C, ABCC2 10q24 Sindromul Dubin-Johnson membrul 2 Proteina ABC, subfamilia C, ABCC6 16p13.1 Pseudoxantoma elasticum membrul 6 AR sau AD Proteina ABC, subfamilia C, ABCC7 7q31.2 Fibroza chistic membrul7 Proteina ABC, subfamilia D, ABCD1 Xq28 Adrenoleucodistrofia membrul 1 Proteina ABC, subfamilia G, ABCG5 2p21 Sitosterolemia membrul 5 Proteina ABC, subfamilia G, ABCG8 2p21 Sitosterolemia membrul 8 Boli produse prin mutaii ale proteinelor de transport citoplasmatice Hemoglobina beta HBB 11p15.5 Hemoglobinopatia Kempsey Dineina axonemala lantul DNAI1 9p21-p13 Sindromul Kartagener intermediar tip 1 Dinactina 1 DCTN1 2p13 Boala Lower Kinezina 5A KIF5A 12q13 Paraplegia spastic tip 10 Kinezina 1B KIF1B 1p36.2 Boala Charcot-Marie-Tooth tip2A Proteina RAB27 RAB27A 15q21 Sindromul Griscelli Proteina RAB7 RAB7 3q21 Boala Charcot-Marie-Tooth 2B

14Proteina GenaLocalizare cromosomic

Boala

OMIM

Proteina de escorta tip 1 a RAB REP1 Xq21.2 Coroideremia Miozina tip VIIa MYO7A 11q13.5 Sindromul Usher Boli produse prin mutaii ale proteinelor de transport plasmatice Apolipoproteina E APOE 19q13.2 Hiperlipoproteinemia tip III Apolipoproteina B APOB 2p24 Hipobetalipoproteinemia familiala Apolipoproteina C-II APOC2 19q13.2 Hiperlipoproteinemia tip IB Transtiretina (prealbumina ce TTR 18q11.2-q12.1 Amiloidoza familial tip 1 leaga tiroxina) Ceruloplasmina CP 3q23-q24 Aceruloplasminemia

303100 276900 107741 107730 207750 176300 604290

2.1.FIBROZA CHISTIC Fibroza chistic sau mucoviscidoza (OMIM 219700) este una dintre cele mai frecvente boli genetice cu transmitere autosomal recesiv din populaia caucazian, prevalena sa fiind estimat la aproximativ 1/2000, iar incidena purttorilor sntoi (Na) la 1/25. Simptomatologie. Principalele manifestri clinice ale bolii sunt determinate de afectarea plmnilor i pancreasului exocrin. Afectarea acestor organe este rezultatul secreiilor vscoase ale glandelor exocrine, care determin obstrucia structurilor canaliculare. La nivel pulmonar aceasta determin infecii recurente cu evoluie spre insuficiena pulmonar, iar obstrucia canalelor pancreatice are drept consecin deficiena enzimelor pancreatice, cu afectarea digestiei. Un semn major pentru diagnostic este creterea concentraiei de sodiu i clor n secreiile sudorale (peste 60mEq/L). Alte manifestri clinice constau n ileusul meconial, la 10-25% din nou-nscuii cu fibroza chistic, i absena congenital bilateral a vaselor deferente la biei n 95% din cazuri. Genetic. Gena responsabil de producerea bolii a fost identificat prin clonare n 1989 i denumit CF (de la cystic fibrosis). Analizele funcionale au demonstrat c proteina codificat de gena CF (denumit CFTR) acioneaz ca un canal de clor localizat la nivelul polului apical al celulelor epiteliale afectate n cadrul acestei boli. Recent, gena CF a fost inclus n familia genelor transportorilor ABC (cu caset de legare a ATP), fiind desemnat ca ABCC7. Frecvena crescut a heterozigoilor n populaia general a condus la emiterea ipotezei c starea de heterozigot prezint un avantaj selectiv; aceast ipotez este susinut de descoperirea faptului c produsul proteic al genei ABCC7 funcioneaz ca receptor pentru Salmonella typhimurium i este implicat n imunitatea mpotriva infeciilor cu Pseudomonas aeruginosa, deci heterozigoii sunt mai rezisteni la aceste infecii. Gena ABCC7 este localizat pe cromosomul 7q31 i conine 27 de exoni care codific o protein canal de clor transmembranar alctuit din cinci domenii funcionale: dou domenii transmembranare (MSD membrane spanning domains), dou domenii de legare a ATP (NBD nucleotide binding domains) i un domeniu reglator (R) cu mai multe situsuri de fosforilare (figura 11.5). Prima mutaie identificat a fost o deleie a trei nucleotide soldat cu absena aminoacidului fenilalanina din poziia 508 a proteinei (F508). Aceast mutaie este cea mai frecvent n populaia caucazian, reprezentnd circa 70% din toate mutaiile. Au fost descrise ns numeroase alte mutaii, dei doar 7 dintre ele au frecvente care depasesc 0,5%; Frcevena lor n diferite populaii este ns variat. Astfel, mutaia W1282X este prezent la 51% dintre bolnavii din comunitatea evreilor Ashkenazi, n timp ce mutaia 1677delTA este ntilnit cu o frecven crescut n Balcani i Asia Mica. In populaiile n care frecvena alelei F508 este de aproximativ 70%, mai mult de jumatate dintre pacieni sunt homozigoi pentru aceast mutaie, n timp ce ali 30% sunt heterozigoi compui.S-au descris patru clase de mutaii ale genei ABCC7:

15 mutaiile de clasa I conduc la defecte n producia proteinei; astfel de mutatii sunt cele care determina apariia unor codoni stop sau a unor specii instabile de ARNm; mutaiile de clasa II (cum este, de exemplu, F508) au ca rezultat producerea unor defecte ale procesrii proteinei (defecte de plicaturare); mutaiile de clasa III apar la nivelul domeniilor NBD sau R i produc dereglari ale activitii proteinei; mutaiile de clasa IV sunt localizate la nivelul domeniilor MBD i altereaz capacitatea de transport a clorului.

Gradul crescut de heterogenitate clinic observat n cadrul bolii este determinat de heterogenitatea alelic, dar i de intervenia unor gene modificatoare sau a unor factori de mediu. S-a stabilit existena unei corelatii ntre tipul mutaiilor i funcia pancreatic. Astfel, mutaiile nonsens care produc alele nule sau homozigozitatea pentru mutaia F508 tind s se asocieze cu insuficiena pancreatic, n timp ce mutaiile care permit sinteza unei proteine parial funcionale ca, de exemplu, R334W nu altereaz funcia pancreatic. In schimb, la purttorii aceleeai mutaii exist un grad crescut de variabilitate a alterrii pulmonare. Pn n prezent nu a fost identificat nici o gen modificatoare a fenotipului pulmonar, ns o gen modificatoare care influeneaz apariia ileusului meconial a fost localizat pe cromosomul 19q13. In sfrit, la pacienii homozigoti pentru alele care altereaz doar ntr-o msur redus funcia CFTR singurul semn al bolii il poate reprezenta doar absena congenital bilateral a vaselor deferente. Recent sa constatat ca heterozigoii pentru mutaii CF pot avea o inciden crescut a pancreatitei i bronsiectaziei. Screening neonatal. Fibroza chistic ntrunete majoritatea criteriilor necesare pentru introducerea sa n programele de screening neonatal. Cu toate acestea, nu este clar dac detectarea prin screening a pacienilor mbunttete semnificativ supravieuirea lor. Un obstacol il constituie heterogenitatea genetic a bolii, peste 5% dintre pacieni fiind heterozigoi compui pentru alele rare n populaie. Tipic, screening-ul este realizat pentru 10 pn la 30 dintre cele mai frecvente mutaii din regiunea geografic respectiv. Diagnostic prenatal este indicat n special n cazul familiilor n care exist bolnavi cu fibroz chistic. Tratament. In prezent, circa 50% din pacieni depesc vrsta de 26 de ani. Un rol major n prelungirea vietii l au tratamentul intensiv al bolii pulmonare i suplimentarea enzimelor pancreatice.

3. BOLI PRIN ANOMALII ALE PROTEINELOR STRUCTURALEProteinele structurale asigur forma i organizarea caracteristic a celulelor i esuturilor citoplasmei. Se pot deosebi trei categorii majore de proteine structurale: proteine ale citoscheletului celular, proteine ale structurii membranare i proteine structurale extracelulare. Citoscheletul celular este alctuit din trei tipuri principale de proteine filamentoase: filamentele de actina, filamentele intermediare i microtubulii, care sunt meninute mpreun i ataate la organitele celulare i la membrana plasmatic printr-o varietate de proteine accesorii. Filamentele de actin sunt alctuite n principal din monomeri de actin G (gamma) polimerizai sub forma unor filamente cu aspect dublu helicoidal. Aceste filamente se asociaz cu o serie de proteine care au rol n organizarea n reele a filamentelor de actin, precum alfa-actinina, filamina, vilina i fimbrina. Filamentele de actin se ataeaz i la nivelul membranei celulare prin intermediul unor complexe proteice, diferite n funcie de tipul celular. Astfel, la nivelul eritrocitelor, reeaua filamentelor de actin este ataat la nivelul proteinelor banda 3 membranare prin intermediul unor complexe proteice care conin spectrina, ankirina, proteina banda 4.1 i aducina. Alte proteine din familia spectrinei sunt distrofina (in celulele musculare striate) sau fodrina. In plachete, filamina este echivalentul proteinei 4.1 eritrocitare iar n celulele epiteliale ezrina ataeaz filamentele de actina la CFTR. In sfrit, filamentele de actin pot fi ataate la o serie de structuri specializate ale membranei plasmatice numite jonciuni. Astfel, talina, vinculina i alfa-catenina mediaz ancorarea filamentelor de actin la integrinele din structura jonciunilor focale, n timp ce beta-cateninele mediaz interaciunea filamentelor de actina cu caderinele din structura jonciunilor aderente. Filamentele intermediare sunt alctuite dintr-o varietate de proteine care difer n funcie de tipul celular. Au

16fost identificate peste 50 asemenea proteine care au fost clasificate n 6 grupuri: tipul I (keratinele acide localizate n celulele epiteliale), tipul II (keratinele neutre i bazice n celulele epiteliale), tipul III (vimentina n fibroblati, eritrocite, desmina n celulele musculare, proteina fibrilara acid bazic glial n celulele gliale, periferina n neuronii periferici), tipul IV (proteinele neurofilamentare: NF-L, NF-M, NF-H n neuroni), tipul V (laminele A, B i C n membranele nucleare) i tipul VI (nestina n celulele stem ale SNC). Filamentele intermediare sunt deseori organizate sub forma unor heterodimeri (de exemplu keratinele tip I i II sunt ntotdeauna heterodimeri, la fel ca i neurofilamentele). Filamentele de keratin i vimentina sunt ataate la membrana nuclear, avnd se pare rol n poziionarea acestuia n celul. In plus, filamentele intermediare sunt ataate i la nivelul a dou structuri specializate ale membranei plasmatice: desmozomii i hemidesmozomii. Microtubulii sunt alctuii din dou tipuri principale de proteine, tubulinele alfa i beta. Ei sunt implicai n realizarea structurilor caracteristice unor tipuri celulare, cum sunt axonii celulelor nervoase, axonema flagelului spermatozoizilor sau banda marginal a plachetelor, precum i n funcionarea aparatului mitotic etc. Proteinele de structur membranare sunt implicate n adeziunea i comunicarea intercelular. Exist cinci clase principale de proteine de adeziune intercelular (CAMs cell adhesion molecules): caderinele (precum caderinele E, P i N), superfamilia imunogobulinelor (N-CAM i I-CAM), selectinele (precum selectina P), mucinele i integrinele (reprezentate de integrinele alfa i beta). Dei sute de asemenea proteine individuale sunt suficiente pentru a asigura adeziunea intercelular, exist i o serie de aglomerri ale unor asemenea proteine care realizeaz structuri specializate n adeziunea intercelular. Acestea sunt reprezentate de jonciunile aderente (ce conin caderine E alturi de cateninele alfa i beta), desmozomii (alctuite din plakoglobina, desmogleina nrudit cu caderinele i desmocolina), jonciunile strnse (alctuite din claudine i ocludine) i jonciunile gap (alctuite din conexine,cu n comunicarea intercelulara). Proteinele matricei extracelulare au drept reprezentant principal colagenul, cea mai abundent protein animal. Se cunosc peste 30 de tipuri de colagen care sunt caracterizate prin formarea unor triplu-helixuri. Alte componente proteice majore ale matricei extracelulare sunt elastinele, fibrilinele i fibronectina, ultima fiind principala protein de adeziune a componentelor esutului conjunctiv ntre ele precum i la integrinele membranare. Printre specializrile matricei extracelulare se numr lamina bazal alctuita dintr-o reea de colagen tip IV, laminin, perlecan i enactin.

Mutaiile genelor ce codific proteinelor structurale determin boli genetice care pot afecta toate organele i sistemele. Printre clasele cele mai frecvente pot fi amintite colagenozele, keratinopatiile, fibrilinopatiile, distrofiile musculare etc. Intruct multe din proteinele de structur descrise anterior formeaz homo- sau heteropolimeri, mutaiile lor vor avea adeseori efecte dominant-negative, ceea ce va conduce la o transmitere dominant a bolilor. Aa sunt majoritatea bolilor proteinelor matricei extracelulare sau ale filamentelor intermediare. Dat fiind asemnarea structural i funcional a proteinelor din anumite familii (precum cea a colagenilor, keratinelor etc.), mutaii la nivelul unor gene diferite pot produce boli genetice identice clinic.De exemplu, n cazul keratinopatiilor, keratinopatia palmoplantar epidermolitic este determinat de mutaii ale genelor KRT1 i KRT9; distrofia corneala Meesmann este determinat de mutaii ale genelor KRT3 i KRT12, n timp ce pachionichia congenital este determinat de mutaii ale genelor KRT6A, KRT6B, KRT16 i KRT17.

Pe de alt parte, acest fenomen al heterogenitii genetice de locus este asociat cu fenomenul invers, n care mutaiile unei singure gene pot determina boli genetice diferite.Astfel, mutaiile genei pentru lamina A produc: distrofia musculara Emery Dreifuss cu transmitere AD (OMIM 181350), distrofia muscular a centurilor tip 1B (OMIM 159001), cardiomiopatia dilatativ tip 1 (cu defect de conducere OMIM 115200), boal Charcot-Marie-Tooth tip 2B1 (OMIM 605588), lipodistrofia familial parial (OMIM 151660), sau progeria Hutchinson-Gilford (OMIM 176670).

n tabelul 11.3 am selectat exemplele cele mai reprezentative de boli monogenice produse prin anomali ale unor proteine structurale, pentru a avea o informaie preliminar privind complexitatea acestei categorii de boli i indicaiile OMIM pentru obinerea unor date suplimentare. n ceea ce urmeaz vom descrie cteva dintre cele mai frecvente boli din aceast categorie: distrofiile musculare Duchenne i Becker, osteogenesis imperfecta, sferocitoza ereditar, sindromul Ehlers-Danlos; sindromul Marfan a fost descris n capitolul 4 (vezi caseta 4.1).

17 Tabelul 11.3 Exemple de boli genetice produse prin mutaii ale unor proteine de structur.Localizarea Boala cromosomic Boli prin mutaii ale proteinelor citoscheletului celular Actina alfa cardiac ACTC 15q14.5 Cardiomiopatia idiopatic dilatativ Actina alfa scheletic ACTA 1q42.1 Miopatia nemalinica tipul sever Filamina alfa FLNA Xq28 Heterotopia periventricular Proteina 4.1 eritrocitar EPB41 1p36.2-p34 Eliptocitoza ereditar Spectrina alfa eritrocitar SPTA1 1q21 Eliptocitoza Spectrina beta eritrocitar SPTB 14q22-q23.1 Eliptocitoza tip 3 Ankirina tip 1 ANK1 8p11.2 Sferocitoza ereditar Ankirina tip 2 ANK2 4q25-q27 Sindromul QT lung tip 4 Distrofina DMD Xp21.2 Distrofia musculara Duchenne Titina TTN 2q24.3 Distrofia musculara tibial tardiv Keratina tip 1 KRT1 12q13 Hiperkeratoza epidermolitic Keratina tip 5 KRT5 12q13 Epidermoliza buloasa simplex Keratina tip 9 KRT9 17q12-q21 Keratodermia epidermolitic palmoplantar Keratina 12 KRT12 17q12 Distrofia corneal Meesmann Desmina DES 2q35 Miopatia legat de desmin Proteina fibrilar acid glial GFAP 17q21 Boala Alexander Proteina neurofilamentar uoar NEFL 8p21 Boala Charcot-Marie-Tooth tip 2E Lamina A LMNA 1q21.2 Progeria Hutchinson-Gilford Emerina EMD Xq28 Distrofia musculara Emery(proteina asociat l aminelor) Dreifuss Proteina tau MAPT 17q21.2 Demena frontotemporal cu (asociat microtubulilor) parkinsonism Boli produse prin mutaii ale proteinelor de structur membranare Caderina E CDH1 16q22.1 Cancerul gastric difuz familial Integrina beta 3 ITGB3 17q21.32 Trombastenia Glanzmann Integrina beta 4 ITGB4 17q11-qter Epidermoliza buloasa letal cu atrezie piloric Desmoplakina DSP 6p24 Keratoza palmoplantar striat Placofilina PKP1 1q32 Displazia ectodermal Claudina 14 CLDN14 21q22.3 Surditate AR Claudina 16 CLDN16 3q27 Hipomagneziemia primar Boli produse prin mutaii ale proteinelor matricei extracelulare Colagenul tip I, alfa-1 COL1A1 17q21.31-q22 Osteogeneis imperfect tipurile IIV Colagenul tip II, alfa-1 COL2A1 12q13.1- q13.2 Sindromul Stickler tip I Colagenul tip IV, alfa-3 COL4A3 2q36-q37 Sindromul Alport AR Colagenul tip V, alfa-2 COL5A2 2q31 Sindromul Ehlers-Danlos tip I-II

Proteina

Gena

OMIM115200 256030 300049 130500 182860 182870 182900 600919 300377 600334 113800 131900 144200 122100 601419 203450 607684 176670 310300 600274 137215 173470 226730 125647 604536 605608 248250

Colagenul tip VI, alfa-2 Colagenul tip VII, alfa-1 Colagenul tip IX, alfa-2 Colagenul tip X, alfa-1 Elastina Fibrilina 1 Fibrilina 2

COL6A2 21q22.3 COL7A1 3p21.3 COL9A2 1p33-p32.2 COL10A1 6q21-q22.3 ELN FBN1 FBN2 7q11.2 15q21.1 5q23-q31

166200 166220 108300 203780 130000 130010 Distrofia muscular scleroatonic 254090 Ullrich Epidermoliza buloas distrofic 226600 recesiv Distrofia epifizeal multipl tip 2 600204 Condrodisplazia metafizeala tip 156500 Schmid Stenoza aortic supravalvular 185500 Sindromul Marfan 154700 Arahnodactilia contractural 121050 congenital

18ProteinaLaminina alfa-2 Laminina gamma-2 Perlecanul Localizarea Boala cromosomic LAMA2 6q22-q23 Distrofia muscular congenital cu deficit de merozin LAMC2 1q25-q31 Epidermoliza buloas joncional tip Herlitz HSPG2 1p36.1 Displazia dissegmental Silverman-Handmaker

Gena

OMIM156225 226700 224410

3.1. DISTROFIA MUSCULAR DUCHENNE Distrofia muscular Duchenne (OMIM 300377) este o boal transmis legat de X cu o inciden de circa 1 la 3300 nou-nscui de sex masculin. Gena a crei mutaii determin distrofia muscular Duchenne a fost identificat n 1986 fiind una dintre primele descoperiri majore care au evideniat potenialul pe care l are medicina molecular. Simptomatologie. Pacienii se dezvolt normal pn la vrsta de 3 5 ani, cnd ncep s apar semne de hipotrofie (distrofie) muscular manifestat predominant prin hipotonie muscular. Aceasta debuteaz la nivelul musculaturii membrelor inferioare i evolueaz ascendent, pn ce afecteaz musculatura respiratorie i determin decesul pacienilor prin insuficiena respiratorie n jurul vrstei de 20 de ani. La aceste fenomene se asociaz i retardul mintal moderat, cu o reducere medie a QI de 20 puncte. Forma Becker de distrofie muscular este determinat, de asemenea, de mutaii ale genei pentru distrofin (circa 15% din mutaiile acestui locus), dar manifestrile clinice sunt mai puin severe, iar supravieuirea este mai ndelungat. Majoritatea femeilor purttoare nu prezint manifestri clinice, dei 70% din ele au nivele crescute ale creatinkinazei serice. Inactivarea preferenial a cromosomului X purttor al mutaiei pare a contribui la absena manifestrilor clinice la femeile purttoare. Exist ns i cazuri (circa 8% din femeile heterozigote) cnd inactivarea cromosomului X intereseaz preferenial cromosomul X cu gena DMD normal, ceea ce determin hipotonie muscular semnificativ. Exist chiar i cazuri rare de manifestri clinice complete la sexul feminin(in unele translocaii X; autosomale sau n sindromul Turner). Genetic. Gena DMD este cea mai mare gen uman, cu o lungime de peste 2 Mb, adic 1,5% din lungimea cromosomului X. Aceast lungime explic cel puin n parte rata crescut a mutaiilor/locus (10-4) comparativ cu alte gene. Gena este alctuit din 79 de exoni, cu 7 promotori care sunt responsabili de producerea de izoforme cu specificitate tisular. Izoforma major este o protein voluminoas (427 kD) care predomin n muchii scheletici, in miocard i n creier i ndeplinete dou funcii majore: rol structural n meninerea integritii membranei (prin medierea interaciunii ntre citoscheletul actinic i matricea extracelular vezi figura 11.6) i rol n funcionarea jonciunilor sinaptice. Cele mai frecvente mutaii la pacienii cu distrofie muscular Duchenne sunt deleiile (60%) care n marea lor majoritate sunt localizate n regiunea 5' sau n zona central a genei. Mutaiile punctiforme reprezint circa o treime din cazuri i sunt rspndite pe ntreaga lungime a genei. Circa o treime din cazurile de DMD sunt determinate de mutaii de novo, n timp ce restul provin de la mame purttoare ale mutaiei. Deoarece boala este letal, brbaii afectati nu transmit mutaia. In cazul formei Becker de boal, capacitatea reproductiv este de circa 70%, iar brbatii bolnavi pot transmite mutaia la fetele lor. Ca urmare, o proporie nsemnat din cazuri sunt motenite n familie i doar 10% sunt determinate de mutaii de novo. Diagnostic prenatal al DMD este posibil. In 60-70% din cazuri (determinate de deleii) defectul poate fi pus n evidena prin Southern blot sau prin PCR multiplex (figura 11.7). In familiile n care mutaia nu este cunoscut se pot utiliza analizele de nlnuire. De asemeni, identificarea femeilor purttoare printre rudele unor biei afectai se poate realiza cu succes n

19 75% din cazuri, prin dozarea nivelului creatinkinazei serice. Tratament. Singurul tratament utilizat este cel simptomatic. Exist ns numeroase studii care ncearc s abordeze diverse alte metode de tratament (precum terapia genic) care vor fi discutate n capitolul 19. 3.2 OSTEOGENEZA IMPERFECT Osteogeneza imperfect (OMIM 166200 166260) reunete un grup de boli transmise autosomal dominant, produse prin mutaii ale colagenului tip I, ce determin predispoziie la deformaii scheletice i fracturi osoase n urma unor traumatisme minime. Incidena lor cumulat este de circa 1 la 10000 n populaia general. Simptomatologie. Din punct de vedere clinic se deosebesc patru tipuri majore de boal. Tipul I de boal (forma uoar) se caracterizeaz prin asocierea fragilitii osoase cu sclere albastre i eventual surditate presenil; deformaiile scheletice sunt absente. Tipul II (sever) este letal n perioada neonatal i asociaz fracturi osoase, deformaii scheletice i sclere de culoare nchis. Tipul III asociaz adeseori fracturi prezente la natere cu deformaii osoase progresive, hipostatur, sclere albastre, tulburri ale dentiiei i surditate. In tipul IV, sclerele au aspect normal, deformaiile osoase sunt uoare sau moderate dar persist susceptibilitatea la fracturi, surditate i anomalii ale dentiiei. Genetic. Heterogenitatea clinic este explicat cel puin n parte prin heterogenitatea alelic i de locus: fenotipul variaz n funcie de tipul de lan al procolagenului I care este afectat i de localizarea mutaiei la nivelul fiecrui locus. Au fost descrise peste 200 de mutaii diferite ce afecteaz genele pentru colagenul I. Colagenul tip I este principala protein structural la nivelul osului i altor esuturi fibroase. Moleculele de procolagen tip I sunt alctuite din dou lanuri alfa1(I), codificate de o gen de pe cromosomul 17, i un lan alfa2(I) codificat de o gen de pe cromosomul 7. Asamblarea acestor lanuri ntr-un triplu helix n cursul maturrii procolagenului ncepe la nivelul captului C-terminal i evolueaz ctre captul N-terminal. Ca urmare, mutaiile n poriunea C-terminal au efecte mai severe. De asemenea, mutaiile la nivelul procolagenului alfa1(I) tind s aib efecte mai severe dect mutaiile la nivelul procolagenului alfa2(I), datorit efectelor dominant negative (vezi figura 11.1). Se pot deosebi dou tipuri majore de mutaii implicate n etiologia osteogenezei imperfect: mutaii ce determin reducerea produciei de colagen tip I i mutaii care determin sinteza unor molecule anormale structural. Reducerea cantitii de colagen I sintetizat este consecina unor mutaii care au un efect sever asupra proteinei codificate. Sunt implicate n special mutaii cu apariia unor codoni stop prematuri, mici deleii sau inserii ce determin decalarea cadrului de lectur sau mutaii ale situsurilor de matisare. Aceste mutaii intereseaz de regul lanurile alfa1(I) i sunt implicate n producerea tipului I de boal. Mutaiile care determin sinteza unor lanuri proteice anormale, dar stabile tind s aib consecine clinice mai severe i se asociaz cu formele II-IV de boal. Foarte multe dintre aceste mutaii sunt substituii ale unor aminoacizi. Substituiile la nivelul repetiiilor Gly-X-Y (unde X este adeseori prolina, iar Y este adesori hidroxiprolina) au efectele cele mai importante. Este important de asemenea tipul de substituie. De exemplu, nlocuirea glicinei (aminoacid neutru) din repetiia amintit cu aspartatul (reziduu acid) are efecte disruptive majore, fiind asociat frecvent cu forma sever (tip II) de boal. Asemenea forme de mutaii letale nu pot s fie transmise n succesiunea generaiilor i vor fi ntlnite ca mutaii de novo sau, mai rar, n cazul unor mozaicisme germinale. Exist i cazuri cnd aceeai mutaie asociaz fenotipuri diferite, ceea ce reflect intervenia unor gene modificatoare. Diagnostic prenatal i sfat genetic. Cunotinele acumulate n nelegerea efectelor pe care diferite mutaii le pot avea asupra structurii i funciei colagenului permit n oarecare msur

20 predicia istoricului natural al bolii atunci cnd este identificat o mutaie n cadrul activitilor de diagnostic prenatal. In plus, asocierea care exist ntre mutaii i tipul de transmitere (dominant sau recesiv), permite o apreciere mai corect a riscului de recuren a bolii. Tratamentul bolii consta n mare msur, pn nu de mult, numai n simpla corecie chirurgical a efectelor fracturilor osoase. In prezent se asociaz cu succes biofosfonaii, o clas de compui care reduce resorbia osoas, crescnd densitatea i coninutul mineral al acestora la pacienii cu forme severe de boal. 3.3 SFEROCITOZA EREDITAR Sferocitoza ereditar (OMIM 182900) este o boal genetic determinat de mutaii ale unor gene care codific proteine de structur ale membranei eritrocitare. Frecvena bolii este apreciat a fi de circa 1 la 5000 indivizi n populaia european. Simptomatologie. Boala se caracterizeaz printr-o marcat heterogenitate clinic, de la forme cvasiasimptomatice pn la forme cu anemie hemolitic fulminant. Trstura morfologic a bolii este prezena microsferocitelor, rezultatul unor pierderi ale membranei eritrocitare. Se adaug o fragilitate osmotic anormal in vitro. Sferocitele sunt eliminate rapid din circulaie la nivelul splinei (hemoliz extravascular). Ca urmare, splenomegalia este una dintre trsturile dominante ale bolii. Principalele complicaii sunt aplazia sau criza megaloblastic, criza hemolitic, colecistita i colelitiaza i hemoliza neonatal sever. Genetic. Boala este transmis de regul autosomal dominant. In acest caz indivizii bolnavi sunt heterozigoi pentru mutaia cauzatoare a bolii, formele homozigote nefiind descrise (probabil sunt incompatibile cu viaa). Circa 25% din cazuri, dei determinate de mutaii dominante, nu au istoric familial pozitiv, fiind rezultatul unor mutaii de novo. Transmiterea autosomal recesiv este ntlnit n circa 20-25% din cazuri. n aceast situaie indivizii bolnavi sunt homozigoi sau heterozigoi compui. Dat fiind frecvena global a bolii se apreciaz c frecvena heterozigoilor pentru asemenea mutaii n populaia general ar fi de circa 1,4%. Etiologia bolii este heterogen, pn n prezent fiind descrise drept cauz mutaii la nivelul a cinci gene. Mutaiile genei pentru ankirina 1 (ANK1 cromosomul 8p11.2) sunt responsabile pentru circa 50% din cazurile de boal, transmiterea fiind dominant. Au fost descrise circa 40 de mutaii, majoritatea nonsens sau cu decalarea cadrului de lectur i absena produsului proteic. Mutaiile spectrinei (SPTB cromosomul 14q22-q22.3) sunt identificate n circa 20% din cazuri, fiind asociate de asemeni cu o transmitere dominant. Pn n prezent au fost identificate cica 20 de mutaii diferite. Mutatiile schimbtorului de anioni tip 1 sau proteina band 3 (gena SLC4A1 cromosomul 17q21-q22) determin circa 15-20% din cazuri, transmiterea fiind recesiv. Au fost identificate peste 50 de mutatii, multe dintre ele determinnd substituii ale unui singur aminoacid. Bolnavii sunt homozigoi sau heterozigoi compusi, tipul particular al mutaiei influennd major simptomatologia. Mutaiile proteinei 4.2 (gena EPB42 cromosomul 15q15) sunt rare i asociate cu transmitere recesiv. Mutaiile spectrinei (SPTA1 cromosomul 1q21) sunt extrem de rare, asociaz transmitere recesiv i o simptomatologie foarte sever.

Diagnosticul prenatal este posibil atunci cnd se cunosc mutaiile prezente n familie. Sfatul genetic nu este att de simplu cum pare la prima vedere datorit heterogenitii genetice i mutaiilor noi. Tratamentul substitutiv i splenomegalia pot ameliora evoluia bolii. 3.4 SINDROMUL EHLERS-DANLOS Sindromul Ehlers-Danlos reunete un grup heterogen de boli genetice ale esutului conjunctiv caracterizate prin hipermobilitate articular, extensibilitate articulara i fragilitate tisular. Sindromul Ehlers-Danlos este probabil una dintre cele mai frecvente boli genetice ale

21 esutului conjunctiv, dei frecvena sa este estimat foarte larg, ntre 1 la 5000 si 1 la 50.000 indivizi. Manifestri clinice. In 1986 boala a fost clasificat clinic n tipurile I-VIII. Pentru majoritatea pacienilor semnele sunt minore i ei rmn adeseori nediagnoscticai. n contrast, tipul vascular (tipul IV) poate conduce la moarte prematur n absena tratamentului chirurgical. Manifestrile cutanate sunt considerate cardinale i includ aspectul hiperextensibil (cutix laxa), cu textura moale, catifelat, apariia escarelor atrofice i a echimozelor. n tipul I de boal sunt prezente pliuri epicantice. Manifestarile articulare sunt prezente de asemeni n toate formele, putnd ajunge pn la dislocaii ale oldului n forma hipermobil (tipul III) sau n artrocalazie (tipul VIIA si VIIB). Cifoscolioza pronunat este patognomonic pentru tipul VI de boal. Anomaliile oculare precum keratoconusul, sclerele albastre, subluxaia de cristalin sau dezlipirea retinian sunt prezente de asemeni n toate tipurile dar au o severitate particular n tipul VI. In sfrit, ruptura prematur a membrabelor i hemoragiile pre- sau postpartum sunt caracteristice n particular tipului clasic (I) sau vascular (IV) de boal. Genetic. Sindromul Ehlers-Danlos se caracterizeaz prin heterogenitate genetic: Formele clasice de boal (tipurile I si II) sunt forme transmise dominant, determinate de mutaii ale colagenului tip V (genele COL5A1 si COL5A2) sau, mai rar, ale colagenului tip I (COL1A1 numai n tipul I). Tipul hipermobil (III) de boal este determinat de mutaii ale colagenului tip III (COL3A1). Aceeai gen este implicat i n producerea formei vasculare (IV) de boal, dar, mutaiile implicate sunt diferite iar unele mutaii produc fenotipuri mai severe dect altele. Tipul V de boal este caracterizat prin transmitere legat de X dar defectul molecular al bolii nu a fost nc identificat. Tipul VI de boala asociaz transmitere recesiv i este consecina mutaiei genei pentru lizil hidroxilaz (gena PLOD) implicat n modificarea posttranslaional a colagenurilor tip I si III. Tipurile VIIA si VIIB sunt transmise dominant i determinate de mutaii ale genelor care codific colagenul tip I (COL1A1 si COL1A2). Tipul VIIC este transmis recesiv i determinat de mutaiile unei procolagen proteinaze (gena ADAMTS2). Tipul VIII (cu periodontit) este transmis dominat, dar defectul molecular al bolii nu a fost nc identificat.

4. BOLI PRIN ANOMALII ALE PROTEINELOR IMPLICATE N COMUNICAREA INTERCELULAR I CONTROLUL DEZVOLTRII.Semnalizarea intercelular este o component esenial a vieii organismelor multicelulare, avnd un rol esenial n cursul dezvoltrii embrionare, precum i n coordonarea activitii tuturor celulelor pe tot parcursul vieii. Semnalizarea implic molecule extrem de diverse, dar o bun parte dintre acestea sunt proteinele. Exist mai multe categorii de proteine care intervin n semnalizarea intercelular i controlul dezvoltrii: proteine care mediaz comunicarea intercelular direct, hormoni peptidici i factori de cretere, receptori, proteine implicate n transducia intracelular a semnalelor i factori de transcripie. Toate aceste proteine funcioneaz n una din cele apte ci majore de semnalizare identificate la organismele superioare i om: calea WNT (Wingless "fr aripi"), calea TGF- (factorul de transformare a creterii beta), calea HH (Hedgehog "arici"), calea RTK (receptor tirozin kinazic), calea JAK/STAT (Janus kinaza/transductor al semnalului i activator al transcripiei), calea Notch ("cresttura") i calea receptorilor nucleari. Proteinele implicate n semnalizarea intercelular direct alctuiesc unele structuri precum jonciunile gap (formate din conexine) care permit schimbul rapid al unor molecule mici. De asemenea, integrinele i caderinele discutate anterior nu funcioneaz numai ca molecule de adeziune, dar i ca molecule de semnalizare a interaciunilor intercelulare. Hormonii peptidici i factorii de cretere sunt molecule eseniale de semnalizare la distan. Exemple

22cunoscute de hormoni peptidici sunt insulina, glucagonul i hormonii hipofizari (hormonul de cretere, FSH, LH, prolactina etc.), la care se adaug i o serie de neurohormoni (endorfinele sau enkefalinele) care pot aciona att la distan ct i ca neurotransmitori la nivelul sinapselor neuronale. Factorii de cretere includ o larg varietate de molecule de semnalizare care controleaz creterea i diferenierea celulelor animale: NGF (factorul de cretere neuronal), EGF (factorul de cretere epidermal), PDGF (factorul de cretere al plachetelor) etc. Un alt grup larg de factori de cretere polipeptidici sunt citokinele care controleaz creterea i diferenierea celulelor sanguine. Receptorii pot fi localizai intracelular (receptorii pentru hormonii steroizi, tiroxina, acidul retinoic, etc.), dar majoritatealor sunt localizai la nivelul membranei plasmatice. In funcie de caracteristicile structurale receptorii membranari pot fi clasificai n patru clase majore: receptori cuplai cu proteine le G (receptorii pentru epinefrin, serotonin sau glucagon), receptori canale ionice (receptorul acetilcolinic), receptori asociai unor tirozin kinaze (receptorii pentru majoritatea citokinelor, interferoni i hormonul de cretere) i receptori cu activitate enzimatic intrinsec (receptorii pentru insulin, EGF, PDGF, TGF-beta etc.). Receptorii pot fi clasificai de asemeni n funcie de tipul de ligand n receptori hormonali, receptori ai citokinelor sau clase speciale de receptori, cum sunt cei ai unor metaboliti (LDL) sau receptorii pentru lumina etc. Proteinele implicate n transductia semnalului pot fi clasificate n trei clase principale: proteine cu activitate GTP-azic (proteinele trimerice G ataate direct unor receptori i proteinele monomerice din familia RAS), proteine care regleaz fosforilarea (protein kinaze i protein fosfataze) i proteine adaptor (care nu au activitate catalitic proprie dar mediaz interaciunea altor proteine prin intermediul unor domenii de legare ca, de pilda, domeniile SH2 ale proteinelor STAT ce leag gruprile fosfotirozinice ale altor proteine). Factorii de transcripie au fost descrii pe larg n capitolul 4. Ei pot fi clasificai n funcie de conformaia tridimensional n mai multe clase: proteine cu "degete de zinc", proteine cu "fermoare leucinice", proteine homeodomeniu, etc. Multe dintre acestea au un rol esenial n controlul dezvoltrii n perioada embrionara.

Mutaiile genelor ce codific proteine implicate n semnalizarea intercelular i n controlul dezvoltrii sunt extrem de numeroase n patologia uman. Pentru a avea o vedere panoramic asupra acestei categorii de boli moleculare, n tabelul 11.4 am inclus cteva dintre cele mai frecvente clase i boli monogenice produse prin mutaii ale unor asemenea proteine, preciznd codul OMIM prin care doritorii pot obine informaii suplimentare. Ele sunt grupate n urmtoarele categorii: boli produse prin anomalii ale unor proteine implicate n semnalizarea intercelular direct; boli produse prin anomalii ale unor hormoni i factori de crestere; boli produse prin anomalii ale unor receptori; boli produse prin anomalii ale unor proteine implicate n transducia semnalului; boli produse prin anomalii ale unor factori de transcriptie. n rest ne vom limita la descrierea a dou dintre cele mai frecvente boli genetice: hipercolesterolemia familial, determinat de mutaii ale receptorului LDL, neurofibromatoza i boala polichistic renal a adultului (ADPKD), produs prin mutaii ale unor gene implicate n semnalizarea celular Tabelul 11.4 Exemple de boli monogenice produse prin anomalii ale unor proteine implicate n semnalizarea intercelular i controlul dezvoltriiLocalizare Boala OMIM cromosomic Boli produse prin mutaii ale unor proteine implicate n semnalizarea intercelular direct Conexina 26 GJB2 13q11-q12 Surditatea neurosenzorial 220290 nonsindromic AR Conexina 30 GJB6 13q12 Displazia ectodermal hidrotic 129500 Conexina 31 GJB3 1p35.1 Eritrokeratodermia variabil 133200 Conexina 32 GJB1 Xq13.1 Boala Charcot-Marie-Tooth legat de X Conexina 43 GJA1 6q21-q23.2 Displazia oculodentodigital 164200 Conexina 46 GJA3 13q11 Cataracta zonulara pulverulent 601885 Boli produse prin mutaii ale unor hormoni i factori de crestere Hormonul de crestere GH1 17q22-q24 Deficit izolat al hormonului de cretere 262400 Proteina Gena

23Proteina Hormonul paratiroidian Insulina Hormonul antimullerian Arginin vasopresina Proopiomelanocortina Gena PTH INS AMH Localizare cromosomic 11p15.3p15.1 11p15.5 Boala tip IA Hipoparatiroidismul familial izolat AD Hiperproinsulinemia familial mulleriene tip I Diabetul insipid central familial Obezitate, insuficiena adrenalian, par rocat Criptorhidismul idiopatic Ataxia cerebelar AD OMIM 146200 176830 261550 125700 176830 219050 601515

19p13.3-p13.2 Sindromul de persisten al ductelor

AVP 20p13 POMC 2p23.3

Peptidul insulin-like tip 3 INSL3 1p913.2 Factorul de cretere FGF14 13q34 fibroblastic tip 14 Factorul de cretere al celulelor ECGF1 22q13.32-qter endoteliale derivat din plachete Factorul indus de TGF-beta TGIF 18p11.3 Boli produse prin mutaii ale unor receptori Receptorul androgenic AR Xq11-q12 Receptorul pentru vitamina D VDR 12q12-q14 Receptorul pentru factorul de GHR 5p13-p12 cretere Receptorul pentru hormonul PTHR1 3p22-p21.1 paratiroidian Receptorul pentru insulina INSR 19p13.2 Receptorul pentru aldosteron Receptorul pentru hormonul l luteinizant/coriogonadotropina Receptorul pentru lipoproteinele cu densitate joas Membrul 1A al superfamiliei receptorilor pentru TNF Receptorul tip 1 pentru factorul de cretere fibroblastic Receptorul tip 2 pentru factorul de cretere fibroblastica HR3C2 4q31.1 LHCGR 2p21 LDLRTNFR5F1A

Sindromul encefalomiopatiei mioneuro- 603041 gastrointestinale Holoprosencefalia tip 4 142946 Sindromul Morris 300068 Rahitismul vitamino-D rezistent tip IIA 277440 Sindromul Laron 262500 Condrodisplazia metafizeala tip Murk Jansen Diabetul zaharat insulino-rezistent cu acanthosis nigricans Pseudohipoaldosteronismul tip I Pubertatea masculin precoce familial Hipercolesterolemia familial Febra periodic familial AD 156400 146670 177735 176410 143890 142680 147950 123500 101200 101600 123790 123150 134934 187600 308380 601462 600513 180380 103580 163500 216900 162200

19p13.2 12q13.2

FGFR1 8p11.2-p11.1 Sindromul Kallmann tip 2 FGFR2 10q26 Sindromul Crouzon Sindromul Apert Sindromul Pfeiffer Cutis gyrata Sindromul Jackson-Weiss Acondroplazia Displazia tanatoforic Sindromul de imunodeficien combinat sever (SCID) legat de X Sindromul miastenic congenital

Receptorul tip 3 pentru factorul FGFR3 4p16.3 de cretere fibroblastic Lanul gamma al receptorului IL2RG Xq13 pentru interleukina tip 2 CHRNA1 2q24-q32 Polipeptidul alfa-1 al receptorului colinergic nicotinic Polipeptidul alfa-4 al receptoru- CHRNA4 20q13.2-q13.3 Epilepsia nocturna de lob frontal tip 1 lui colinergic nicotinic neuronal Rodopsina RHO 3q21-q24 Retinita pigmentar Boli produse prin mutaii ale unor proteine implicate n transducia semnalului Subunitatea alfa stimulatorie a GNAS 20q13.2 Pseudohipoparatiroidismul tip IA proteinei de legare a GDP Osteodistrofia ereditar Albright Polipeptidul 1 cu activitate alfa GNAT1 3p21 Cecitatea nocturna congenital transducatoare a proteinei G staionar Polipeptidul 2 cu activitate alfa GNAT2 1p13 Acromatopsia transductoare a proteinei G Neurofibrina NF1 17q11.2. Neurofibromatoza 1

24Localizare Boala cromosomic Proteina STAT tip 1 STAT1 2q32.2-q32.3 Infecia familial diseminat cu micobacterii atipice Janus kinaza tip 3 JAK3 19p13.1 SCID AR tip T negativ/B pozitiv Serin treonin kinaza tip 11 STK11 19p13.3 Sindromul Peutz-Jeghers Boli produse prin mutaii ale unor factori de transcriptie CREBBP 16p13.3 Proteina de legare la CREB Sindromul Rubinstein-Taybi Omologul 2 al proteinei "empty EMX2 10q26.1 Schizencefalia spiracles" de la Drosophila Membrul 3 al familiei GLI3 7p13 Cefalosinpolidactilia (sindromul Grieg) proteinelor Gli-Kruppel Sindromul Pallister-Hall Polidactilia postaxial tip A1 HOXA11 7p15-p14.2 Proteina homeobox A11 Sinostoza radioulnara cu trombocitopenie amegacariocitica HOXA13 7p15-p14.2 Proteina homeobox A13 Sindromul mn-picior-organe genitale HOXD13 2q31-q32 Proteina homeobox D13 Sinpolidactilia Proteina Lim homeobox 1 beta LMX1B 9q34.1 Sindromul unghii-rotul Factorul de transcripie asociat MITF 3p14.1-p12.3 Sindromul Waardenburg tip IIA microftalmiei Omologul 1 al genei homeobox MSX1 4p16.1 Hipodontia autosomal dominant din segmentul muscular de la Drosophila Omologul 2 al genei homeobox MSX2 5q34-q35 Craniosinostoza tip Boston din segmentul muscular de la Drosophila Proteina "paired box" tip 2 PAX2 10q24.3-q25.1 Sindromul hipoplazie renal colobom Proteina "paired box" tip 3 PAX3 2q35 Sindromul Waardenburg tip 1 Proteina "paired box" tip 6 PAX6 11p13 Aniridia Proteina "paired box" tip 8 PAX8 2q12-q14 Disgenezia tiroidiana Proteina "paired box" tip 9 PAX9 14q12-q13 Oligodontia Proteina "paired like" tip 2 PITX2 4q25-q26 Sindromul Rieger Proteina "sal like" tip 1 SALL1 16q12.1 Sindromul Townes-Brocks Proteina "sonic hedgehog" SHH 7q36 Holoprosencefalia tip 3 Proteina SRY-box tip 9 SOX9 17q24.3-q25.1 Displazia campomelic Proteina SRY-box tip 10 SOX10 22q13 Sindromul Waardenburg-Shah Proteina T-box tip 3 TBX3 12q24.1 Sindromul mamaro-ulnar Proteina T-box tip 5 TBX5 12q24.1 Sindromul Holt-Oram Proteina Treacher-Collins 1 TCOF1 5q32-q33.1 Sindromul Treacher-Collins Proteina WT1 WT1 11p13 Sindromul Denys-Drash Sindromul Frasier Proteina Gena OMIM 209950 600802 175200 180849 269160 175700 146510 174200 605432 140000 186000 161200 193510 106600 604757 120330 193500 106210 218700 604625 180500 107480 142945 114290 277580 181450 142900 154500 194080 136680

4.1. HIPERCOLESTEROLEMIA FAMILIAL Definiie. Hipercolesterolemia familial (OMIM 143890)este o boal transmis autosomal dominant, determinat de mutaii ale receptorului membranar pentru LDL, responsabil de legarea i internalizarea LDL, principal protein de transport a colesterolului plasmatic. Incidena. Forma homozigot de boal este rar, cu incidena de 1 la un milion, dar forma heterozigot reprezint una dintre cele mai frecvente boli monogenice, cu o frecven de cel puin 1 la 5003. Se consider ca pn la 5% din indivizii cu hipercolesterolemie din populaia general sunt heterozigoi pentru o mutaie LDLR. Simptomatologie. Hipercolesterolemia familial (HF) este ncadrat mpreun cu alte boli3

Frecvena crescut a HF s-ar putea explica explica prin avantajul selectiv al heterozigoilor la anumite boli infecioase ( de ex. hepatita)

25 n categoria hiperlipoproteinemiilor tip 2, fiind caracterizat prin creterea LDL plasmatic i dezvoltarea prematur a plcilor de aterom la nivelul arterelor (care determin boal coronarian precoce), a xantoamelor (depozite de colesterol la nivelul tegumentelor i tendoanelor) i arcurilor corneene (depozite de colesterol la periferia corneei). Simptomatologia clinic este prezent att la heterozigoi ct i la homozigoi, dar manifestrile clinice sunt mult mai severe i apar mai precoce la homozigoi (efect de dozaj genic), care prezint boal coronarian semnificativ nc din copilrie i decedeaz nainte de 30 de ani. Patogenie. Colesterolul este un component lipidic esenial al membranelor i precursor al hormonilor steroidieni i al srurilor biliare. Principala form de transport a colesterolului plasmatic este LDL (low density lipoprotein). Receptorul pentru LDL (LDLR) recunoate apoproteina B-100, principala component proteic a LDL, precum i apo E, o protein prezent n VLDL, IDL i chilomicroni. LDLR este localizat la nivelul unor zone ale suprafeei celulare care au aspectul unor mici depresiuni, mbrcate pe faa intern cu proteina clatrin. Legarea Apo B-100 determin internalizarea complexului LDL-receptor (endocitoz) i, dup cuplarea cu lizozomii, are loc eliberarea colesterolului liber n citoplasm i reciclarea receptorului, care va reajunge la nivelul membranei.LDLR are patru domenii funcionale: domeniul de legare la LDL, un domeniu de omologie cu EGF (factorul de cretere epidermal) necesar pentru disocierea receptorului, cuplat la LDL, la nivelul endosomilor i reciclarea lui, un domeniu transmembranar i un domeniu int pentru regiunile membranei plasmatice mbrcate cu clatrin.

Mutaiile LDLR determin creterea LDL-colesterolului plasmatic, care genereaz ateroscleroza. Genetic. Aa cum am precizat, HF se transmite ereditar autosomal dominant; bolnavii sunt deobicei heterozigoi dar datorit frecvenei crescute a bolii se pot ntlni i homozigoi, care fac mai precoce o form grav de boal, dovedind existena unui clar efect de dozaj genic (numrul de receptori LDL fiind mult mai redus dect la heterozigoi). Au fost descrise peste 400 de mutaii ale genei LDLR care sunt localizate pe toat lungimea genei. Circa 2-10% din totalul alelelor mutante din populaie sunt reprezentate de deleii sau inserii mari, iar restul mutaiilor sunt substituii nucleotidice, deleii sau inserii mici. n unele populaii cu o mare prevalen a bolii exist deobicei o mutaie frecvent, din cauza efectului de fondator. Din punct de vedere al consecinelor pe care le au asupra funciei receptorului se pot deosebi cinci clase de mutaii.Mutaiile de clasa 1 sunt mutaii care mpiedic sinteza oricrei proteine i sunt determinate de deleii ori mutaii care altereaz stabilitatea ARNm. Ele sunt cele mai frecvente mutaii la nivelul acestui locus. Mutaiile de clasa 2 sunt relativ frecvente i altereaz capacitatea de plicaturare corect a proteinei, ceea ce impiedic transportul su de la nivelul reticulului endoplasmatic la nivelul aparatului Golgi i acumularea sa la nivelul primului sediu. Mutaiile de clasa 3 sunt compatibile cu localizarea membranar a receptorului, dar determin incapacitatea de legare a LDL. Mutaiile de clasa 4 afecteaz localizarea corect a receptorului n regiunile membranare mbrcate n clatrin i, ca urmare, complexul receptor-LDL nu poate fi internalizat. In sfrit, mutaiile de clasa 5 intereseaz domeniul de omologie cu EGF si, ca urmare, altereaz capacitatea de reciclare a receptorului.

Factorii de mediu (n special alimentaia bogat n colesterol i acizi grai saturai), sexul masculin i fondul genetic individual (n care se pot gsi gene modificatoare) pot influena efectul mutaiilor LDLR asupra nivelului plasmatic al colesterolului i deci producerea aterosclerozei. Diagnosticul de HF se bazeaz pe evidenierea unui nivel crescut de LDL-colesterol plasmatic , prezena xantoamelor sau bolii coronariene precoce i un istoric familial pozitiv. Diagnosticul molecular este dificil datorit numrului mare de mutaii dfierite ce produc boala dar nu aduce informaii suplimentare pentru prognostic sau tratament Tratament. Obiectivul principal este scderea important a nivelului LDL- colesterolului plasmatic prin dieta srac n grsimi i tratament hipocolesterolemiant (cu statine).

26 4.2. NEUROFIBROMATOZELE Neurofibromatozele sunt boli genetice care asociaz o predispoziie pentru dezvoltarea unor tumori benigne i maligne cu originea n celule ale sistemului nervos. Neurofibromatoza tip 1 i neurofibromatoza tip 2 sunt boli distincte clinic i genetic. Neurofibromatoza tip 1 OMIM 162200 (denumit anterior boala von Recklinghausen) este o boal transmis autosomal dominant cu o inciden de 1 la 3000 indivizi n populaia general. Diagnosticul clinic al bolii necesit prezena a dou sau mai multe dintre urmatoarele criterii: pete caf-au-lait; dou neurofibroame sau un neurofibrom plexiform; pistrui axilari sau inghinali multipli; displazia aripilor sfenoidului sau ncurbarea ori subierea congenital a cortexului oaselor lungi; glioame bilaterale ale nervului optic; dou sau mai multe hamartoame iriene (noduli Lisch); o rud de gradul nti cu neurofibromatoz 1 (diagnosticat i ea conform acestor criterii). Pe lang leziunile amintite mai sus, purttorii mutatiilor NF1 au un risc moderat pentru dezvoltarea unor tumori precum neurofibrosarcoame, feocromocitoame, tumori carcionide duodenale, neuroblastoame, ependimoame, rabdomiosarcoame i tumori Wilms. Copiii cu neurofibromatoz tip 1 au risc crescut pentru leucemia mielomonocitar tipul juvenil i pentru mielodisplazie. Genetic. Boala este determinat de mutatii ale genei NF1 localizat pe cromosomul 17q11.2. NF1 este o gen mare (circa 300 kb), alcatuit din 59 de exoni, care codific o protein cu activitate GTP-azic numita neurofibromina. Aceast protein regleaz negativ semnalele transduse pe calea proteinelor RAS, acionnd ca o protein supresoare de tumori. Au fost descrise numeroase mutaii la nivelul acestei gene, cele mai multe dintre ele (70-80%) fiind mutaii care determin trunchieri ale proteinei. Ca urmare, a fost dezvoltat o metod de diagnostic genetic bazat pe testul proteinelor trunchiate. O treime pn la jumatate din totalul cazurilor apar ca fiind sporadice, ele fiind determinate de mutaii de novo. Exist puine recomandari eficace pentru mangementul pacienilor cu neurofibromatoz tip 1. Printre acestea se numara msurarea tensiunii arteriale de dou ori pe an (datorit riscului dezvoltrii unor feocromocitoame) i investigaia clinic a simptomelor neurologice (cefalee, surditate, tulburari ale vederii). Neurofibromatoza tip 2 OMIM 101000 este de asemeni o boal transmis autosomal dominant, cu o inciden de aproximativ 1 la 35.000 de indivizi n populaia general. Diagnosticul clinic necesit fie prezena unor tumori vestibulare bilaterale, fie a unei rude de gradul nti cu neurofibromatoz tip 2 la un pacient care prezinta unul din urmatoarele semne: tumor vestibular unilateral; un neurofibrom plexiform, dou sau mai multe neurofibroame; dou sau mai multe glioame; dou sau mai multe meningioame; cataract subcapsular posterioar la o vrst tnra; dovada imagistic a prezenei unei tumori intracraniene sau la nivelul mduvei spinrii. Pacienii au risc de dezvoltare a unor tumori benigne ale SNC; datorit localizrii au ns o morbiditate si o mortalitate crescute. Din punct de vedere al severitii simptomelor i vrstei de debut se deosebesc doua forme: forma Gardner sau moderat si forma Wishart, sever. Genetic. Boala este determinat de mutaiile genei NF2 localizat pe cromosomul 22q12.2 care este alcatuit din 17 exoni ce ocup 90 kb. Gena codific o protein numita merlina sau schwannomina care interacioneaz cu proteina transmembranar CD44 i cu citoscheletul actinic i i realizeaz funcia sa de supresie tumoral prin asigurarea meninerii normale a structurii citoscheletului i reducerea capacitilor de motilitate i adeziune celular. Circa 50% dintre pacieni nu au istoric familial pozitiv, iar aceste cazuri sunt considerate a fi consecina fie a unor mutaii de novo, fie a mozaicismului germinal. Penetrana acestor mutaii este foarte

27 crescut, peste 95% din purttori dezvoltnd simptome clinice pn la vrsta de 50 de ani. Majoritatea mutaiilor determin trunchierea proteinei, iar acestea asociaz de regul simptome mai severe i debut precoce. Screening-ul clinic al rudelor de gradul nti ale pacienilor includ examinarea neurologic anual, inclusiv examenul oftalmologic i al capacitii auditive. Este disponibil de asemenea diagnosticul genetic. 4.3. BOALA POLICHISTIC RENAL AUTOSOMAL DOMINANT Boala polichistic renal a adultului (ADPKD) este o boal multisistemic ereditar, produs de mutaii dominante ale unor gene autosomale, manifestat deobicei la adult i caracterizat prin chiti renali multipli, bilaterali, care se asociaz variabil cu anomalii extrarenale, n deosebi hepatice i cardiovasculare. ADPKD este una din cele mai frecvente boli ereditare la om, avnd o prevalena de circa 1 la 1000. Manifestrile clinice ale ADPKD debuteaz deobicei n a treia - a patra decad de via dar chitii pot fi depistai nc din copilrie, fiind mult timp asimptomatici. Atunci cnd ating anumite dimensiuni, boala poate fi sugerat de dureri lombare i nefromegalie: Manifestrile extrarenale sunt reprezentate de chiti hepatici, hipertensiune arterial (secundar ischemiei renale), prolaps de valv mitral, amevrisme intracraniene. Boala evoluiaz frecvent spre insuficien renal cronic (IRC) terminal, necesitnd terapie de supleere a funciei renale. Diagnosticul pozitiv este deobicei uor la adult: rinichi mari (bilateral) cu chiti multipli, prezena chitilor n ficat, anamneza familial pozitiv i sugestiv pentru transmitere autosomal dominant. Existena altor boli chistice renale genetice sau negenetice impune un diagnostic diferenial atent, mai ales n dou situaii: copil cu boal chistic renal, situaie n care pentru a stabili dac este vorba de ADPKD sau ARPKD se va determina prezena sau absena bolii la unul dintre prini; alte boli renale chistice cu transmitere autosomal dominant, cum ar fi boala renal glomerulochistic sau scleroza tuberoas. Genetic. Boala polichistic renal a adultului este o boal ereditar cu transmitere autosomal dominant, penetran dependent de vrst i expresivitatea variabil manifest prin anomalii renale i extrarenale variate la bolnavi diferii. Prin studii familiare i moleculare de nlnuire genic au fost identificate, la diferite familii cu ADPKD, trei gene: PKD1 (prezent la circa 85% din bolnavi), PKD2 (15% bolnavi) i PKD3 (n cteva familii). Gena PKD 1 fost localizat cromosomuli 16p13.3) i secvenializat, stabilindu-se c regiunea codant (alctuit din 46 exoni) o glicoprotein membranar multifuncional, numit policistina 1, care ar putea avea un rol n interaciunea celul-celul sau celul-proteine din matricea extracelular, funcionnd ca un receptor. Gena PKD 2 a fost localizat n regiunea 4q 21-22) i secvenializat. Regiunea codant are numai 15 exoni, codificnd o protein membranr, cu numai 968 de aminoaciz, numit policistina 2 care funcioneaz probabil ca un canal de calciu. Gena PKD 3. S-au descris cteva familii cu ADPKD la care boala nu este determinat de mutaii n genele PKD 1 sau PKD 2 (Daoust et al, 1995). Gena PKD 3 nu a fost nc localizat.

Patogenie. Produsele genelor PKD policistina 1 i 2 - interacioneaz i pot participa la o cale comun de formare a chitilor renali. Se crede c policistina 1 ar funciona ca un receptor pentru un ligand necunoscut din matricea extracelular care controleaz sau mediaz o cale de semnalizare ce comunic celulelor epiteliale informaia poziional necesar n structura nefronului. In aceast cale ar aciona i policistina 2. Mutaia genei PKD 1 ar duce, prin absena policistinei 1, la pierderea funciei i deci la absena semnalului; acest fapt ce duce la modificarea programului de difereniere celular. In acest caz, celula nu poate s-i menin structura tubular normal, crete rata de prolifarare i apar o serie de modificri membranare care, mpreun cu remodelarea membranei bezal duc la formarea chitilor.

28 Ipoteza patogenic descris mai sus nu explic una din caracteristicile fundamentale ale ADPKD: dei toate celulele renale au mutaia genei PKD 1 (n stare heterozigot, An), chitii se formeaz numai la 1-2% din nefroni iar nefronii afectai au numai un anumit segment dilatat. O explicaie posibil, propus de Qian et al (1996), se bazeaz pe modelul "dublei lovituri" din biologia tumoral: bolnavul se nate heterozigot (An), motenind o gen PKD1 mutant de la unul din prini; existena unei singure gene mutante nu este ns suficient pentru formarea chistului. n timpul vieii se produce, n anumite celule, "pierderea heterozigozitii (prin mutaia somatic sau inactivarea celei de a doua gene). Celulele dublu mutante (AA) nu produc deloc policistin, dispare semnalul necesar meninerii strii de difereniere i ncepe proliferarea i formarea unei clone ce alctuiete chistul. Rmne de rspuns la o ultim ntrebare: cum se explic efectele multiple (pleiotrope) ale genelor PKD? Manifestrile renale i extra renale din ADPKD au fost considerate expresia unor perturbri ale matricei extracelulare i interaciunii sale cu celulele. Diagnosticul genotipic. Localizarea i identificarea genelor PKD1 i PKD2 au deschis drumul diagnosticului genotipic al ADPKD care poate trana diagnosticul bolii la orice vrst (inclusiv la ft) i evident atunci cnd imagistica nu o poate face (absena unor chiti renali detectabili sau imagini incerte). Metodele de analiz molecular permit diagnosticul ADPKD fie prin analiza direct a genei fie prin identificarea unor markeri ADN polimorfici situai n vecintatea genei i transmii mpreun cu aceasta (tehnici de nlnuire genic). Testarea genetic este indicat n dou situaii: stabilirea statusului genetic la tinerii peste 18 ani, cu risc de 50% (cnd ecografia nu poate evidenia totdeauna chitii), care n funcie de rezultat pot lua o decizie informat n planingul lor familial; evaluarea unui donator sntos nrudit cu pacientul care va fi transplantat.

5. BOLI ALE PROTEINELOR IMPLICATE N CONTROLUL HOMEOSTAZIEI EXTRACELULARE.Homeostazia (n greaca veche a rmne la fel) este definit ca fiind capacitatea organismului de autoreglare dinamic prin care i menine variabilele eseniale n limite acceptabile pentru propria sa structur i funcionare, ca rspuns la perturbrile induse de mediu (Cannon 1932). Proteinele au un rol esenial n meninerea homeostaziei organismului. Principalele procese implicate n controlul homeostaziei extracelulare sunt: aprarea imun, hemostaza i inhibiia proteazic. Proteinele responsabile de aprarea imun fac parte din mai multe categorii funcionale ca de exemplu proteinele sistemului major de histocompatibilitate, proteinele sistemului complement, imunoglobulinele, receptorii de suprafa ai limfocitelor, diverse citokine. Toate aceste clase de proteine i funciile lor vor fi detaliate n capitolul 16. Proteinele implicate n hemostaz pot fi clasificate n factori de coagulare plasmatici (factorii de coagulare I XIII, proteina C, proteina S i TFPI inhibitorul cii factorului tisular), factori de coagulare plachetari i factori de coagulare ai suprafetei celulare (tromboplastina tisular i trombomodulina), factori ai trombolizei, la care se adaug o serie de factori activatori i inhibitori ai componentelor amintite (activatorul tisular al plasminogenului PLAT sau inhibitorul activatorului plasminogenului PAI). Proteinele implicate n inhibiia proteazelor fac parte din cteva familii importante cum sunt cele ale inhibitorilor proteazici (PI1 PI14), inhibitorii tisulari ai metaloproteinazelor (TIMP), inhibitorii proteazelor serinice (SPINK i SPINT) etc.

In cele ce urmeaz vom aminti doar cteva exemple de boli genetice produse prin mutaii ale unor proteine implicate n controlul homeostaziei extracelulare (tabelul 11.5) i vom descrie o boal reprezentativ pentru aceast clas: hemofilia A (vezi caseta 11.7). Tabelul 11.5. Exemple de boli produse prin mutaii ale unor proteine implicate n controlul

29 homeostaziei extracelulareProteina Gena Localizare cromosomic Boala OMIM312060 217000 301000 300300 603554 214500 306400 227400 227500 306700 306900 264900 234000 193400 176860 107400 136900 604218 262850 106100

Boli produse prin mutaii ale unor proteine implicate n aprarea imun Factorul properdinic C PFC Xp11.4-p11.23 Deficiena de properdina legat de X Componenta C2 a C2 6p21.3 Deficiena componentei C2 a complementului complementului Proteina Wiscott-Aldrich WAS Xp11.23-p11.22 Sindromul Wiscott-Aldrich Tirozinkinaza Bruton BTK Xq21.3-q22 Agammaglobulinemia Bruton Proteinele de activare ale RAG1 11p13 Sindromul Omenn recombinrii 1 i 2 RAG2 Reglatorul traficului lizozomal LYST 1q42.1-q42.2 Sindromul Chediack-Higashi Polipeptidul beta al citocromului CYBB Xp21.1 Boala granulomatoasa cronica B-245 Boli produse prin mutaii ale unor proteine implicate n controlul hemostazei Factorul V Leiden F5 1q23 Deficitul factorului V Factorul VII al coagularii F7 13q24 Deficitul factorului VII Factorul VIII al coagulrii F8C Xq28 Hemofilia A Factorul IX al coagulrii F9C Xq27.1-q27.2 Hemofilia B Factorul XI tromboplastina F11 4q35 Deficiena PTA Factorul XII al coagulrii F12 5q33-qter Deficiena factorului Hageman Factorul von Willebrand VWF 12p13.3 Boala von Willebrand Proteina C PROC 2q13-q14 Boala trombotic congenital determinat de deficiena proteinei C Boli produse prin mutaii ale unor inhibitori proteazici Alfa-1 antitripsin PI 14q32.1 Deficiena de alfa-1 antitripsina Inhibitorul 3 al TIMP3 22q12.1-q13.2 Distrofia maculara metaloproteinazelor tisulare pseudoinflamatorie tip Sorby Inhibitorul proteazic tip 12 PI12 3q26 Encefalopatia familial cu incluzii de serpin Inhibitorul plasminei PLI 7pter-p12 Deficitul inhibitorului plasminei Inhibitorul componentei C1 a CINH 11q11-q13.1 Angioedemul ereditar complementului

5.1. HEMOFILIA A Hemofilia A (OMIM 306700) este o tulburare a coagulrii transmis legat de X, determinat de o deficien a factorului VIII plasmatic al coagulrii. Factorul VIII al coagulrii are rolul de cofactor al factorului IX, o proteaz care regleaz activarea factorului X. Incidena. Hemofilia A are o inciden de aproximativ 1 la 5000-10000 de nou nscuti de sex masculin. Simptomatologie. Manifestrile clinice sunt prezente de regul la indivizi de sex masculin, dei exist i cazuri rare n care apar manifestri clinice la femei care au inactivare preferenial a cromosomului X fr mutaie. Boala este caracterizat prin hemoragii la traumatisme minime care pot persista pe durata a ctorva ore sau zile i care conduc la formarea de hematoame la nivelul esuturilor moi i muchilor, precum i a hemoragiilor intraarticulare care evolueaz spre artroza. Formele severe de boal sunt diagnosticate n perioada neonatal datorit prezenei unor hematoame cefalice excesive sau a hemoragiei prelungite la nivelul cordonului ombilical. Formele moderate dezvolt hematoame i hemartroze o dat cu nceputul mersului, n timp ce n formele minore diagnosticul poate fi pus cu ocazia unor intervenii chirurgicale sau a unor traumatisme. Diagnostic. Diagnosticul se bazeaz n mod curent pe msurarea activitii factorului VIII

30 al coagulrii. Diferenierea trebuie fcut n primul rnd de hemofilia B, determinat de mutaii ale genei pentru factorul IX al coagulrii. Aceast boal este identic din punct de vedere clinic, dar incidena este mai redus (1 la 100.000). In funcie de nivelul activitii factorului VIII hemofilia A poate fi clasificat n forma uoar (activitate restanta de 5-25%), forma moderat (activitate restant de 1-5%) i forma sever (activitate restant sub 1%). Genetic. Hemofilia A este determinat de mutaii ale genei F8C localizat la nivelul cromosomului Xq28. Mutaiile sunt extrem de variate i includ deleii, inserii, inversii i mutaii punctiforme. Cea mai frecvent mutaie - care este responsabil de aproximativ 25% din cazurile de boal i circa 40-50% din formele severe - este o inversie ce asociaz i o deleie a poriunii carboxiterminale a factorului VIII. Aceast inversie apare ca urmare a unui proces de recombinare intracromosomic neomolog ntre secvene localizate la nivelul intronului 22 al genei i secvene situate telomeric fa de gen. O alt categorie de mutaii asociate cu forme severe de boal sunt inseriile unor elemente retrotranspoabile L1 n interiorul genei. Dintre mutaiile punctiforme, cele asociate unor forme severe sau moderate de boal sunt cele care determin apariia unor codoni stop prematuri, mutaiile care altereaz capacitatea de legare a factorului VIII la factorul von Willebrand sau la factorul IX al coagulrii ori mutaiile care afecteaz capacitatea proteinei de a fi secretat. Tratamentul standard actual const n nlocuirea intravenoas a factorului VIII. Acest tratament a permis prelungirea speranei de via de la sub 2 ani la nceputul secolului XX la circa 65 de ani n prezent. Transplantul hepatic (locul de sinteza al factorului VIII) este o metoda utilizat n situaii rare. Exist mari sperane pentru implementarea n viitor a unor metode de terapie genic. Sfat genetic. Dac o femeie are istoric familial de hemofilie, statusul sau purttor poate fi determinat prin analize de nlnuire sau prin screening-ul mutaiei F8C atunci cnd mutaia a fost identificat deja la o rud. Exist i teste care pot fi utilizate pentru analiza prezentei celei mai frecvente mutaii, inversia mai sus amintit. Determinarea statusului de purttor prin metode enzimatice este dificil. Dac femeia este purttoare, ea are un risc de 50% de a da natere unor bieti bolnavi i un risc egal de a da natere unor fete purttoare. Avnd n vedere frecvena inactivrii prefereniale a cromosomului X exist i un risc mic de a se nate o fat cu simptome de hemofilie. In cazurile n care mama are un biat cu hemofilie dar nu exist istoric familial pozitiv trebuie luata n calcul posibilitatea unor mutaii de novo care sunt responsabile pentru circa 1/3 din cazurile de boal. In acest caz riscul de recuren a bolii este n general mai mic (posibilitatea unui mozaicism germinal).

D. BOLI GENETICE PRODUSE PRIN MUTAII DINAMICEIn 1991 au aprut primele rapoarte privind implicarea expansiunii unor repetiii trinucleotidice n etiologia a dou boli genetice: repetiia CGG n cazul sindromului X-fragil i repetiia CAG n cazul atrofiei musculare spinobulbare (boala Kennedy). In ambele cazuri s-a constatat c pe msur ce gena trece de la o generaie la alta, numrul de repetiii trinucleotidice crete progresiv, sufer o expansiune (de aici i numele de mutaii dinamice sau instabile), i cnd depete un anumit prag critic produce anomalii n expresia genei sau funcia proteinei codificat de gen, care determin starea de boal. De asemenea s-a constatat c exist o strns corelaie ntre creterea numrului acestor repetiii i apariia mai precoce i severitatea mai mare a manifestrilor clinice. Ulterior s-a dovedit ca acest mecanism al mutaiilor dinamice este caracteristic i altor boli genetice, astfel ca n prezent se poate vorbi clar despre o nou clas de boli genetice: bolile produse prin mutaii dinamice, instabile sau prin expansiunea unor repetiii simple, cel mai frecvent trinucleotide. In prezent lista acestor boli cuprinde cel puin 15 entiti clinice distincte (vezi tabelul 11.6).

31 Tabelul 11.6. Boli produse prin mutaii dinamiceBoala OMIM Transmitere Gena Localizarea Localizarea Secventa Repetiii Repetiii genei repetiiei repetiiei stabile instabile

Sindromul X fragil 309550 LX FMR1 Xq27.3 5'UTR (CGG)n 6-54 200-1000 Ataxia Friedreich 229300 AR FRDA 9q13-q21.1 Intron 1 (GAA)n ~7-22 200-1700 Distrofia miotonic 160900 AD DMPK 19q13 3'UTR (CTG)n 5-35 50 - 4000 Epilepsia 254800 AR CSTB 21q22.3 Promotor (CCCCGCC ~2-3 40-80 CCGCG)n mioclonic Boala Huntington 143100 AD HD 4p16.3 Exon 1 (CAG)n ~10-26 36-100 Boala Kennedy 313200 XR AR Xq11-q12 Exon 1 (CAG)n 9-35 38-62 Atrofia muscular spinal i bulbar Atrofia 125370 AD DRPLA 12p13.31 Regiunea (CAG)n 3-35 49-88 dentatorubralcodant palidoluysian Ataxia 164400 AD ATX1 6p23 Regiunea (CAG)n 6-38 39-83 spinocerebelara 1 codant Ataxia 183090 AD ATX2 12q24 Regiunea (CAG)n 14-31 32-77 spinocerebelar 2 codant Boala Machado109150 AD ATX3 14q32.1 Regiunea (CAG)n 12-39 62-86 Joseph (SCA3) codant CACNA1A 19p13 Ataxia 183086 AD Regiunea (CAG)n ~4-17 21-30 spinocerebelar 6 codant Ataxia 164500 AD SCA7 3p12-p21.1 Regiunea (CAG)n 7-35 37-200 spinocerebelar 7 codant Ataxia 603680 AD SCA8 13q21 Regiunea (CTG)n 15-21 100-152 spinocerebelar 8 codant Ataxia 603516 AD SCA10 22q13 Intron 9 (ATTCT)n ~10-22 900-4000 spinocerebelara 10 PPP2R2B 5q31-q33 Ataxia 604326 AD Regiunea (CAG)n ~9-18 55-78 spinocerebelar 12 codant Ataxia 607136 AD TBP 6q27 Regiunea (CAG)n 25-42 50-55 spinocerebelar 17 codant S-a stabilit prin convenie (1993) c nomenclatura tripletelor repetitive s se fac n direcia 53.

1. CARACTERE GENERALEMutaiile dinamice prezint o serie de proprieti comune: o cretere moderat a numrului repetiiilor nu se asociaz deobicei cu apariia manifestrilor clinice dar determin o cretere a instabilitii repetiiei (premutaii); mutaiile complete ce produc boala sunt rezultatul unei modificri (de regul o cretere peste un anumit prag) a numrului repetiiilor fa de numrul iniial; exist o relaie relativ liniar ntre numrul copiilor repetiiei i severitatea clinic ori vrsta de apariie a simptomelor (fenomenul de anticipaie); formele cele mai severe se transmit de preferin printr-unul dintre prini (efect parental); n capitolul 6.B.1.4. a fost prezentat mecanismul de producere a mutaiilor dinamice, prin glisare sau derapare replicativ, determinat de alinierea greit i mperecherea decalat a repetiiilor trinucleotidice. Important de subliniat este faptul c prezena unui mecanism unic de producere a mutaiilor face ca analiza ADN s fie cel mai bun mijloc de diagnostic exact a fiecreia dintre bolile prin expansiunea unor repetiii simple. In acest capitol vom discuta consecinele patogenice pe care aceste mutaii le au asupra genei afectate i vom prezenta dou

32 exemple ilustrative de boli frecvente produse prin acest mecanism, boal Huntington i distrofia miotonic; despre sindromul X fragil vom discuta n capitolul 15. Mutaii dinamice se pot asocia cu pierderea funciei sau ctig de funcie Creterea numrului repetiiilor poate induce alterarea transcripiei i, consecutiv, pierderea funciei. Exemple sunt: sindromul X fragil n care expansiunea repetiiei CGG n regiunea promotor a genei FMR1 conduce la metilarea acestuia; epilepsia mioclonic n care expansiunea repetiiei determin separarea fizic a factorilor de transcripie n regiunea promotor a genei pentru cistatina B; ataxia Friedreich n care expansiunea repetiiei intronice conduce la apariia unor conformaii teriare ale ADN care interfera transcripia genei pentru frataxina. Toate aceste cazuri vor prezenta transmitere recesiv, autosomal sau legat de X. Exist ns i cazuri n care reducerea activitii sau a nivelului unui produs genic realizeaz un mod de transmitere dominant, ca urmare a fenomenului de haploinsuficien. Acesta pare a fi cazul expansiunii repetiiei CTG n regiunea promotor a genei SIX5 n cazul distrofiei miotonice. Mutaii dinamice cu ctig de funcie.Numeroase expansiuni trinucleotidice sunt localizate n interiorul regiunilor codante ale unor gene i, ca urmare, vor fi translate n structura proteinei (de exemplu sub forma unor tracturi poliglutaminice n cazul repetiiei CAG). Multe dintre bolile produse prin mutaii dinamice asociaz asemenea tracturi poliglutaminice expansionate, ceea ce a condus la ipoteza c acestea ar putea exercita un efect "toxic" asupra funciei proteinelor. Un asemenea efect ar putea fi de exemplu o modificare a structurii tridimensionale a proteinei care conine tractul poliglutaminic. Exist ns i alte mecanisme care conduc la un ctig de funcie. De exemplu, expansiunea CAG la nivelul genei CACNA1A (ce codific un canal de calciu) n ataxia spinocerebeloas tip 6 conduce la o cretere a capacitii de transport a calciului de ctre proteina codificat.

2. BOAL HUNTINGTONBoala (sau coreea) Huntington (OMIM 143100) este o boal neurologic degenerativ, progresiv, caracterizat printr-un sindrom extrapiramidal, nsoit de tulburri psihice care evolueaz spre demen. Boala se transmite autosomal dominant i este determinat de mutaii dinamice ale genei HD pentru huntingtin. Prevalena bolii n populaia european este de circa 1 la 20.000 de persoane. Simptomatologie. Boala este caracterizat prin apariia n a doua jumatate a vieii a unor tulburri neurologice motorii (coree, distonie), tulburri cognitive i de personalitate care evolueaz progresiv. In stadiile avansate de boal pacienii dezvolt tulburri motorii severe (care i fac dependeni), pierdere ponderal, tulburri de somn, incontinen i mutism, iar evoluia este inexorabila ctre decesul prematur (vrsta medie la deces fiind 55 de ani). Genetic. Boala Huntington se transmite autosomal dominant dar are o penetran dependent de vrst (vezi figura 5.26). Boala este determinat de mutaii ale genei HD pentru huntingtin care afecteaz predominant striatumul i cortexul i determin manifestrile clinice caracteristice. Mutaiile care cauzeaz boala Huntington sunt de regul expansiuni ale unei repeii CAG localizat la nivelul exonului 1 al genei HD. Alelele normale ale genei au 10-26 de repetiii. Alelele cu un numr de 27-35 de repetiii nu determin manifestri clinice dar se asociaz cu un risc crescut de expansiune pn la mutaii complete n cursul gametogenezei. Alelele mutante ce produc boala au peste 35 de repetiii; penetrana unor alele cu 36-41 repetitii este ns redus. Vrsta pacientului la diagnostic este invers corelat cu numrul repetiiilor CAG; astfel, formele cu debut adult se asociaz cu un numr de 40-55 repetiii, n timp ce debutul juvenil al

33 bolii este asociat unui numar de peste 60 repetitii CAG; nu exist ns corelaii ntre numrul repetiiilor CAG i alte trsturi ale bolii. Transmiterea mutaiilor n succesiunea generaiilor se asociaz cu un risc de amplificare a numrului repetiiilor, ceea ce determin fenomenul de anticipaie (apariia mai precoce a bolii n succesiunea generaiilor). Acest fenomen de amplificare este mult mai frecvent n gametogeneza masculin. Ca urmare, indivizii care motenesc o alel mutant de la tat au un risc mai mare de a dezvolta forme de boal cu debut juvenil (circa 80% dintre cazurile severe avnd alela mutant motenit de la tat). Patogenie. Expansiunea repetiiei CAG conduce la expansiunea tractului poliglutaminic din structura huntingtinei, ceea ce este echivalentul unei mutaii cu ctig de funcie. Huntingtina mutant pare s fie cauza acumulrii unor agregate n citoplasma i nucleii neuronilor de la nivelul neostriatului, cu modificri consecutive ale nivelului receptorilor exprimai la acest nivel i, n final, moartea neuronal. Cu toate acestea, mecanismul exact prin care expansiunea tractului poliglutaminic conduce la producerea bolii nu este bine neles. Tratament. In prezent nu exist nici un tratament curativ al bolii. Tratamentul utilizat este unul de suport i este concentrat asupra ameliorrii tulburrilor neurologice i de comportament. Sfat genetic i diagnostic presimptomatic. Intruct debutul bolii la vrsta adult, adeseori ctre sfritul perioadei reproductive, este adeseori probabil ca persoanele purttoare s fi transmis mutaia la descendeni. Probabilitatea unui individ de a fi purttor de gen mutant (heterozigot) dac este clinic neafectat dar are un printe afectat se calculeaz conform teoremei Bayes (vezi capitolul 9.C.4.1.c). Riscul de transmitere a unor mutaii complete este de 50%. In cazul purttorilor unor premutaii riscul de expansiune ctre o mutaie complet este de circa 3% n cazul meiozei masculine. In prezent sunt disponibile metode de diagnostic prenatal i presimptomatic bazate pe analiza numrului repetiiilor CAG de la nivelul exonului 1 al genei pentru huntingtin. Diagnosticul presimptomatic pune ns numeroase probleme etice avnd n vedere trauma psihologic pe care o asociaz predicia unei boli pentru care nu exist un tratament curativ.

3. DISTROFIA MIOTONICDistrofia miotonic este o afeciune neuromuscular transmis autosomal dominant cu o inciden de circa 1 la 8000 de nou-nascuti, caracterizat prin penetran incomplet i expresivitate variabil. Manifestri clinice. Simptomele apar de regul la adultul tnr, primul semn fiind cel mai adesea ntrzierea capacitii de relaxare a minii dup ncletarea pumnului. Acest semn este denumit miotonie i este prezent n majoritatea cazurilor simptomatice, fiind urmat de hipotonie i hipotrofie muscular progresive. Alte manifestri frecvente sunt tulburarile de conducere cardiac, afectarea musculaturii netede, tulburrile mentale, hipersomnia, cataracta ocular i diabetul insulino-dependent. La brbai se adaug atrofia testicular i calviia frontal precoce. Exist i forme congenitale care se caracterizeaz prin severitate crescut (hipotonie muscular, retard mental major, displegie facial, dificulti de nutriie i tulburri respiratorii) i mortalitate neonatal de pn la 25%. Genetic. Studii de nlnuire au permis cartografierea genei responsabile de boal pe cromosomul 19q13.2-q13.3, iar n 1992 a fost identificat gena DMPK (ce codific o protein kinaz) i mutaia ce produce boala. Distrofia miotonica este inclus n prezent n categoria bolilor determinate de mutaii dinamice, afeciunea fiind asociat cu expansiunea unui triplet CTG n regiunea 3' netranslat a genei. Numrul normal al acestor repetiii variaz ntre 5 i 30; formele moderate de boal asociaz 50-80 de copii ale tripletului, n timp ce indivizii cu forme severe de boala au peste 2000 de copii. Amplificarea repetiiei poate avea loc atat n meioza

34 masculin ct i n cea feminin. Cu toate acestea, expansiunile masive, de ordinul a mii de repetiii, apar numai n gametogeneza feminin. Ca urmare, formele congenitale de boal sunt aproape ntotdeauna transmise pe cale matern. Este posibil ca n patogenia bolii s fie implicat i alterarea funciei unor gene vecine DMPK, cum sunt genele SIX5 (care codific un factor de transcripie) si RSHL1. BIBLIOGRAFIE CAPITOL 11 INTERNET1. Asociaia naional pentru boli rare (SUA)- NORD : http://www.NORD~rdb.com/~orphan 2. Baze de date privind - bolile colagenului : http://www.le.ac.uk./genetics/collagen - fibroza chistic : http://www.genet.sickkids.on.ca/cftr/ - fenilcetonuria : http://www.mcgill.ca/pahdb 3. Geneclinics baz de date despre bolile genetice : http://geneclinics.org 4. Genecards baz de date genele umane i bolile genetice : : http://www.bighost.area.ba.cnr.it/GeneCards sau http://www.bioinformatics.weizman.ac.il/cards 5. Genetest baz de date despre teste genetice : http://www.genetest/org 6. OMIM catalogul bolilor mendeliene la om poate fi accesat prin : - site-ul NCBI- USA (Centrul national pentru informaii n biotehnologie: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/ - site-ul Centrului pentru proiectul de cartografiere a genolului uman din Marea Britanie : http://www.hgmp.mrc.ac.uk/omim 7. Orphanet baz de date pentru boli genetice : http://orphanet.infobiogen.fr 8. Programul HELIX (sfat i teste genetice) al Universitii i Spitalului de copii din Washington: http://www.healthlinks.washington.edu/helix/ 9. Web site al Universitii din Michigan: http://www.med.umich.edu/ 10. Web site-uri de patologie uman: - http://www.emedicine.com, - http://www.umm.edu/ency/, - http://healthcenters.healthanswers.com/library/MedEnc, - http://NetDoctor.co.uk, - http://www.icondata.com/health/pedbase, - http://www.modimes.org/

Bibliografie specific selectiv 1. Borst P, Elferink RO Mammalian ABC transporters in health and disease Ann. Rev. Biochem., 2002, 71: 537-592. 2. Bowen DJ Haemophilia A and haemophilia B: molecular insights J. Clin. Pathol., 2002, 55: 1-18. 3. Burrows NP The molecular genetics of the Ehlers-Danlos syndrome Clin. Exp. Dermatol., 1999; 24: 99-106. 4. Cederbaum S Phenylketonuria: an update Curr. Opin. Pediatr., 2002, 14: 702-706. 5. Delaunay J Molecular basis of red cell membrane disorders Acta Haematol., 2002; 108: 210-218. 6. Gutmann DH The neurofibromatosis: when less is more Hum. Molec. Genet., 2001;10: 747-755. 7. Hubner CA, Jentsch TJ Ion channel diseases 2002, 11: 2435-2445. 8. Larkin K, Fardaei M Myotonic dystrophy a multigene disorder Brain Res. Bulletin,

35 2001;56: 389-395. 9. Mannucci PL, Tuddenham EGD The Hemophilias From Royal Genes to Gene Therapy N.Engl.J.Med, 2001; 344:1773-1779 10. Nishino I, Ozawa E Muscular dystrophies Curr. Opin. Neurol., 2002, 15: 539-544. 11. Olkkonen VM, Ikonen E Genetics defects of intracellular-membrane transport N. Engl. J. Med., 2000, 343: 1095-1104. 12. Ostlund C, Worman H Nuclear envelope proteins and neuromuscular diseases Muscle nerve, 2003, 27: 393-406. 13. Richards RI Dynamic mutations: a decade of unstable expanded repeats in human genetic disease Hum. Mol. Genet., 2001, 10: 2187-2194. 14. Ratjen F, Doring G Cystic fibrosis Lancet, 2003, 361: 681-689. 15. Smith F The molecular genetics of keratin disorders Am J. Clin. Dermatol., 2003, 4: 347-364. 16. Wu G, Somlo S Molecular genetics and mechanism of autosomal dominant polycystic kidney disease - Mol.Genet.Metab. 2000;60;1-15

Recommended

View more >